KR20210113444A - Negative electrode active material, mixed negative electrode active material, and method for producing negative electrode active material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질로서, 부극 활물질 입자는, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고, 규소 화합물 입자는, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 포함함과 함께, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 피크 강도 A 또는 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 피크 강도 A와 피크 강도 C는 하기 식 1의 관계를 만족시키는 부극 활물질이다. 이에 의해, 이차 전지의 부극 제작 시에 제작하는 슬러리를 안정화할 수 있고, 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시키는 것이 가능한 부극 활물질이 제공된다.
식 1 C/3≤A≤3C
The present invention is a negative electrode active material comprising negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≤x≤1.6), and the silicon compound particles are at least partly crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 , and obtained from 29 Si-MAS-NMR spectrum, peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 , peak intensity B derived from Si , Li 2 Si 2 Among the peak intensity C derived from O 5 and the peak intensity D derived from SiO 2 , the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C are negative electrodes satisfying the relationship of Formula 1 below It is an active material. Thereby, the slurry produced at the time of preparation of the negative electrode of a secondary battery can be stabilized, and when used as a negative electrode active material of a secondary battery, the negative electrode active material which can improve initial stage charging/discharging characteristic and cycling characteristics is provided.
Equation 1 C/3≤A≤3C

Figure pat00009
Figure pat00009

Description

부극 활물질, 혼합 부극 활물질 재료 및 부극 활물질의 제조 방법 {NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, MIXED NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, AND METHOD FOR PRODUCING NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, MIXED NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, AND METHOD FOR PRODUCING NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL

본 발명은 부극 활물질, 혼합 부극 활물질 재료 및 부극 활물질의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material, a mixed negative electrode active material material, and a method for producing the negative electrode active material.

근년, 모바일 단말기 등으로 대표되는 소형의 전자 기기가 널리 보급되고 있고, 가일층의 소형화, 경량화 및 장수명화가 강하게 요구되고 있다. 이러한 시장 요구에 대하여, 특히 소형 또한 경량으로 고에너지 밀도를 얻는 것이 가능한 이차 전지의 개발이 진행되고 있다. 이 이차 전지는, 소형의 전자 기기에 한하지 않고, 자동차 등으로 대표되는 대형의 전자 기기, 가옥 등으로 대표되는 전력 저장 시스템으로의 적용도 검토되고 있다.BACKGROUND ART In recent years, small electronic devices, such as mobile terminals, have been widely used, and further miniaturization, weight reduction, and longer lifespan are strongly demanded. In response to such a market demand, development of a secondary battery capable of obtaining a high energy density with a particularly small size and light weight is in progress. This secondary battery is not limited to a small electronic device, and application to a large electronic device typified by automobiles and the like, and an electric power storage system typified by houses, etc. is also being considered.

그 중에서도, 리튬 이온 이차 전지는 소형 또한 고용량화를 행하기 쉽고, 또한, 납 전지, 니켈 카드뮴 전지보다도 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문에, 대단히 기대되고 있다.Especially, since a lithium ion secondary battery is easy to perform small size and high capacity|capacitance, and also higher energy density than a lead battery and a nickel-cadmium battery is obtained, it is highly anticipated.

상기의 리튬 이온 이차 전지는, 정극 및 부극, 세퍼레이터와 함께 전해액을 구비하고 있고, 부극은 충방전 반응에 관계되는 부극 활물질을 포함하고 있다.Said lithium ion secondary battery is equipped with electrolyte solution with a positive electrode, a negative electrode, and a separator, The negative electrode contains the negative electrode active material concerning charge/discharge reaction.

이 부극 활물질로서는, 탄소 재료가 널리 사용되고 있는 한편, 최근의 시장 요구로부터 전지 용량의 가일층의 향상이 요구되고 있다. 전지 용량 향상을 위해, 부극 활물질재로서 규소를 사용하는 것이 검토되고 있다. 왜냐하면, 규소의 이론 용량(4199mAh/g)은 흑연의 이론 용량(372mAh/g)보다도 10배 이상 크기 때문에, 전지 용량이 대폭적인 향상을 기대할 수 있기 때문이다. 부극 활물질재로서의 규소재의 개발은 규소 단체뿐만 아니라, 합금, 산화물로 대표되는 화합물 등에 대해서도 검토되고 있다. 또한, 활물질 형상은, 탄소재에서는 표준적인 도포형으로부터, 집전체에 직접 퇴적하는 일체형까지 검토되고 있다.As this negative electrode active material, while a carbon material is widely used, the further improvement of the battery capacity is calculated|required from the recent market demand. In order to improve battery capacity, the use of silicon as a negative electrode active material has been studied. This is because, since the theoretical capacity of silicon (4199 mAh/g) is 10 times or more larger than that of graphite (372 mAh/g), a significant improvement in battery capacity can be expected. The development of a silicon material as a negative electrode active material is being studied not only for a simple silicon but also for an alloy, a compound represented by an oxide, and the like. In addition, the shape of the active material is studied from a standard application type to an integrated type directly deposited on the current collector for carbon materials.

그러나, 부극 활물질로서 규소를 주원료로서 사용하면, 충방전 시에 부극 활물질이 팽창 수축하기 때문에, 주로 부극 활물질 표층 근방에서 깨지기 쉬워진다. 또한, 활물질 내부에 이온성 물질이 생성되고, 부극 활물질이 깨지기 쉬운 물질이 된다. 부극 활물질 표층이 깨지면, 그것에 의하여 새 표면이 발생하고, 활물질의 반응 면적이 증가한다. 이때, 새 표면에 있어서 전해액의 분해 반응이 발생함과 함께, 새 표면에 전해액의 분해물인 피막이 형성되기 때문에 전해액이 소비된다. 이 때문에 사이클 특성이 저하되기 쉬워진다.However, when silicon is used as the main raw material as the negative electrode active material, the negative electrode active material expands and contracts during charging and discharging, so that it becomes brittle mainly in the vicinity of the surface layer of the negative electrode active material. In addition, an ionic material is generated inside the active material, and the negative electrode active material becomes a fragile material. When the surface layer of the negative electrode active material is broken, a new surface is generated thereby, and the reaction area of the active material is increased. At this time, the decomposition reaction of the electrolytic solution occurs on the new surface, and a film, which is a decomposition product of the electrolytic solution, is formed on the new surface, so that the electrolytic solution is consumed. For this reason, cycling characteristics fall easily.

지금까지, 전지 초기 효율이나 사이클 특성을 향상시키기 위해서, 규소재를 주재로 한 리튬 이온 이차 전지용 부극 재료, 전극 구성에 대하여 여러가지 검토가 이루어지고 있다.Until now, in order to improve battery initial stage efficiency and cycling characteristics, various examination is made|formed about the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which mainly made a silicon material, and electrode structure.

구체적으로는, 양호한 사이클 특성이나 높은 안전성을 얻을 목적으로, 기상법을 사용하여 규소 및 비정질 이산화규소를 동시에 퇴적시키고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 또한, 높은 전지 용량이나 안전성을 얻기 위해서, 규소 산화물 입자의 표층에 탄소재(전자 전도재)를 설치하고 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조). 또한, 사이클 특성을 개선함과 함께 고입출력 특성을 얻기 위해서, 규소 및 산소를 함유하는 활물질을 제작하고, 또한, 집전체 근방에서의 산소 비율이 높은 활물질층을 형성하고 있다(예를 들어 특허문헌 3 참조). 또한, 사이클 특성 향상시키기 위해서, 규소 활물질 중에 산소를 함유시켜, 평균 산소 함유량이 40at% 이하이고, 또한 집전체에 가까운 장소에서 산소 함유량이 많아지도록 형성하고 있다(예를 들어 특허문헌 4 참조).Specifically, silicon and amorphous silicon dioxide are simultaneously deposited using a vapor phase method for the purpose of obtaining good cycle characteristics and high safety (see, for example, Patent Document 1). Moreover, in order to acquire high battery capacity and safety|security, the carbon material (electron conductive material) is provided in the surface layer of a silicon oxide particle (refer patent document 2, for example). In addition, in order to obtain high input/output characteristics while improving cycle characteristics, an active material containing silicon and oxygen is prepared, and an active material layer having a high oxygen ratio in the vicinity of the current collector is formed (for example, Patent Document) see 3). Moreover, in order to improve cycling characteristics, oxygen is contained in a silicon active material, and it forms so that an average oxygen content may be 40 at% or less, and oxygen content may increase in a place close to a collector (for example, refer patent document 4).

또한, 첫회 충방전 효율을 개선하기 위하여 Si상, SiO2, MyO 금속 산화물을 함유하는 나노 복합체를 사용하고 있다(예를 들어 특허문헌 5 참조). 또한, 사이클 특성 개선을 위해, SiOx(0.8≤x≤1.5, 입경 범위=1㎛ 내지 50㎛)와 탄소재를 혼합하여 고온 소성하고 있다(예를 들어 특허문헌 6 참조). 또한, 사이클 특성 개선을 위해서, 부극 활물질 중에 있어서의 규소에 대한 산소의 몰비를 0.1 내지 1.2로 하고, 활물질, 집전체 계면 근방에 있어서의 몰비의 최댓값, 최솟값의 차가 0.4 이하가 되는 범위에서 활물질의 제어를 행하고 있다(예를 들어 특허문헌 7 참조). 또한, 전지 부하 특성을 향상시키기 위해서, 리튬을 함유한 금속 산화물을 사용하고 있다(예를 들어 특허문헌 8 참조). 또한, 사이클 특성을 개선시키기 위해서, 규소재 표층에 실란 화합물 등의 소수층을 형성하고 있다(예를 들어 특허문헌 9 참조). 또한, 사이클 특성 개선을 위해, 산화규소를 사용하여, 그 표층에 흑연 피막을 형성함으로써 도전성을 부여하고 있다(예를 들어 특허문헌 10 참조). 특허문헌 10에 있어서, 흑연 피막에 관한 라만 스펙트럼으로부터 얻어지는 쉬프트 값에 대해서, 1330cm-1 및 1580cm-1에 브로드한 피크가 나타남과 함께, 그것들의 강도비 I1330/I1580이 1.5<I1330/I1580<3이 되고 있다. 또한, 높은 전지 용량, 사이클 특성의 개선을 위해, 이산화규소 중에 분산된 규소 미결정상을 갖는 입자를 사용하고 있다(예를 들어, 특허문헌 11 참조). 또한, 과충전, 과방전 특성을 향상시키기 위해서, 규소와 산소의 원자수비를 1:y(0<y<2)로 제어한 규소 산화물을 사용하고 있다(예를 들어 특허문헌 12 참조).In addition, in order to improve the first charge/discharge efficiency, a nanocomposite containing a Si phase, SiO 2 , and M y O metal oxide is used (see, for example, Patent Document 5). Further, in order to improve cycle characteristics, SiO x (0.8≤x≤1.5, particle size range = 1 µm to 50 µm) and carbon material are mixed and fired at a high temperature (see, for example, Patent Document 6). In addition, in order to improve cycle characteristics, the molar ratio of oxygen to silicon in the negative electrode active material is 0.1 to 1.2, and the difference between the maximum and minimum of the molar ratio in the vicinity of the interface between the active material and the current collector is 0.4 or less of the active material. Control is performed (for example, refer patent document 7). Moreover, in order to improve battery load characteristics, the metal oxide containing lithium is used (for example, refer patent document 8). Moreover, in order to improve cycling characteristics, hydrophobic layers, such as a silane compound, are formed in the silicon material surface layer (for example, refer patent document 9). Moreover, for the improvement of cycling characteristics, electroconductivity is provided by forming a graphite film on the surface layer using silicon oxide (for example, refer patent document 10). In the Patent Document 10, for the shift value obtained from a Raman spectrum of the graphite film, 1330cm -1 and 1580cm -1 and a broad peak with a will appear in, and their intensity ratio I 1330 / I 1580 is 1.5 <I 1330 / I 1580 <3. Moreover, for the improvement of high battery capacity and cycling characteristics, the particle|grains which have the silicon microcrystal phase disperse|distributed in silicon dioxide are used (for example, refer patent document 11). Moreover, in order to improve overcharge and overdischarge characteristics, the silicon oxide which controlled the atomic ratio of silicon and oxygen to 1:y (0<y<2) is used (refer patent document 12, for example).

일본 특허 공개 제2001-185127호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2001-185127 일본 특허 공개 제2002-042806호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2002-042806 일본 특허 공개 제2006-164954호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2006-164954 일본 특허 공개 제2006-114454호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2006-114454 일본 특허 공개 제2009-070825호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2009-070825 일본 특허 공개 제2008-282819호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-282819 일본 특허 공개 제2008-251369호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-251369 일본 특허 공개 제2008-177346호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-177346 일본 특허 공개 제2007-234255호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2007-234255 일본 특허 공개 제2009-212074호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2009-212074 일본 특허 공개 제2009-205950호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2009-205950 일본 특허 제2997741호 명세서Japanese Patent No. 2997741 Specification

상술한 바와 같이, 근년, 모바일 단말기 등으로 대표되는 소형의 전자 기기는 고성능화, 다기능화가 진척되고 있고, 그 주 전원인 리튬 이온 이차 전지는 전지 용량의 증가가 요구되고 있다. 이 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 규소계 활물질을 주재로서 사용한 부극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지의 개발이 요망되고 있다. 또한, 규소계 활물질을 사용한 리튬 이온 이차 전지는, 탄소계 활물질을 사용한 리튬 이온 이차 전지와 동등하게 가까운 첫회 효율, 사이클 특성 및 부극 제작 시에 제작하는 수계 슬러리의 안정성이 요망되고 있다. 그러나, 탄소계 활물질을 사용한 리튬 이온 이차 전지와 동등한 첫회 효율, 사이클 안정성, 슬러리 안정성을 나타내는 부극 활물질을 제안하는데 이르지 못하였다.As described above, in recent years, small-sized electronic devices, such as mobile terminals, have progressed in performance and multi-function, and lithium ion secondary batteries, which are the main power sources, are required to increase in battery capacity. As one method of solving this problem, development of a lithium ion secondary battery including a negative electrode using a silicon-based active material as a main material is desired. In addition, the lithium ion secondary battery using the silicon-based active material is similar to the lithium ion secondary battery using the carbon-based active material, the initial efficiency, cycle characteristics, and stability of the aqueous slurry produced at the time of negative electrode production is desired. However, it has not been possible to propose a negative electrode active material exhibiting the same initial efficiency, cycle stability, and slurry stability as that of a lithium ion secondary battery using a carbon-based active material.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 이차 전지의 부극 제작 시에 제작하는 슬러리를 안정화할 수 있고, 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시키는 것이 가능한 부극 활물질, 및 이 부극 활물질을 포함하는 혼합 부극 활물질 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 부극 제작 시에 제작하는 슬러리를 안정화할 수 있고, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 부극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, it is possible to stabilize the slurry produced during the production of the negative electrode of the secondary battery, and when used as the negative electrode active material of the secondary battery, the negative electrode capable of improving the initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics It aims to provide an active material and a mixed negative electrode active material material containing this negative electrode active material. Another object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode active material capable of stabilizing the slurry produced during negative electrode production and improving initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics.

또한 본 발명은, 상기와 같은 전지 특성 및 슬러리 안정성이 우수한 부극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode active material having excellent battery characteristics and slurry stability as described above.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질로서, 상기 부극 활물질 입자는, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고, 상기 규소 화합물 입자는, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 포함함과 함께, 29Si-MAS-NMR(29Si-Magic Angle Spinning-Nuclear Magnetic Resonance(매직각 스피닝 핵자기 공명)) 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 상기 피크 강도 A 또는 상기 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 상기 피크 강도 A와 상기 피크 강도 C는 하기 식 1의 관계를 만족시키는 것인 것을 특징으로 하는 부극 활물질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a negative electrode active material comprising negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles contain a silicon compound particle containing a silicon compound (SiO x: 0.5≤x≤1.6), the silicon The compound particles, at least partially including crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 , and 29 Si-MAS-NMR ( 29 Si-Magic Angle Spinning-Nuclear Magnetic Resonance) )) obtained from the spectrum, of the peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 , the peak intensity B derived from Si, the peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 , and the peak intensity D derived from SiO 2 , the peak The intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C satisfy the relationship of Formula 1 below.

식 1 C/3≤A≤3CEquation 1 C/3≤A≤3C

본 발명의 부극 활물질은, 규소 화합물 입자를 포함하는 부극 활물질 입자(규소계 활물질 입자라고도 호칭함)를 포함하기 때문에, 전지 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 규소 화합물 입자가 상기와 같은 리튬 실리케이트를 포함함으로써, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감할 수 있다. 이에 의해, 전지의 첫회 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A가 가장 강하게 얻어지는 경우, Li4SiO4 등의 다른 Li 실리케이트가 많이 포함되는 경우보다도 내수성이 향상된다. 또한, Li2SiO3는 낮은 열 에너지로 생성되기 때문에, 규소 화합물 입자는 Si 성분의 결정성을 비교적 낮게 억제한 것이 되므로, 사이클 특성이 향상된다. 한편, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C가 가장 강하게 얻어지는 경우, Li2Si2O5는, Li2SiO3보다도 더욱 물에 녹기 어렵기 때문에, 내수성이 특히 향상된다. 또한, 상기의 식 1과 같은 피크 강도비라면, 전지의 사이클 특성의 향상과 슬러리 안정성을 양립할 수 있는 Li 실리케이트의 밸런스가 된다.Since the negative electrode active material of the present invention contains negative electrode active material particles (also referred to as silicon-based active material particles) containing silicon compound particles, battery capacity can be improved. In addition, when the silicon compound particles contain the lithium silicate as described above, the irreversible capacity generated during charging can be reduced. Thereby, the initial efficiency of a battery can be improved. On the contrary, if the peak intensity derived from the A Li 2 SiO 3 is obtained most strongly, the water resistance is improved more than the case that contains a significant number of other silicates, such as Li Li 4 SiO 4. In addition, since Li 2 SiO 3 is generated with low thermal energy, the silicon compound particles have relatively low crystallinity of the Si component, and thus cycle characteristics are improved. On the other hand, when the peak intensity of C which is derived from the Li 2 Si 2 O 5 obtained by the strongest, Li 2 Si 2 O 5 is, since it is difficult to melt in water more than the Li 2 SiO 3, it is improved in water resistance in particular. Moreover, if it is a peak intensity ratio like Formula 1 above, it becomes the balance of Li silicate which can make the improvement of the cycling characteristics of a battery and slurry stability compatible.

이때, 상기 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 상기 피크 강도 A와 상기 피크 강도 C의 합은, 상기 피크 강도 B와 상기 피크 강도 D의 합에 대하여, 4배 이상의 값을 취하는 것이 바람직하다.At this time, in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, the sum of the peak intensity A and the peak intensity C is preferably 4 or more times the sum of the peak intensity B and the peak intensity D.

이러한 것이면, 규소 화합물 입자 중에 Li2SiO3 및 Li2Si2O5와 같은 비교적 내수성이 높은 Li 실리케이트를 보다 많이 포함하기 때문에, 부극 활물질의 내수성이 보다 향상된다.In this case, since more Li silicates with relatively high water resistance such as Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 are contained in the silicon compound particles, the water resistance of the negative electrode active material is further improved.

또한, 상기 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 상기 피크 강도 B가 상기 피크 강도 D보다도 큰 것이 바람직하다.Moreover, in the said 29 Si-MAS-NMR spectrum, it is preferable that the said peak intensity B is larger than the said peak intensity D.

이러한 부극 활물질이면 전지의 초기 효율을 보다 향상시킬 수 있다.If it is such a negative electrode active material, the initial stage efficiency of a battery can be improved more.

또한, 상기 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 영역에 피크가 나타나는 것인 것이 바람직하다.Further, in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, it is preferable that a peak appears in a region having a chemical shift value of -130 ppm.

케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근에 나타나는 피크는, 비정질 규소에서 유래되는 것이라고 생각된다. 따라서, 비정질 규소 성분의 비율이 보다 크기 때문에, 사이클 특성을 보다 향상시킬 수 있다.It is thought that the peak in which the chemical shift value appears near -130 ppm is derived from amorphous silicon. Therefore, since the ratio of the amorphous silicon component is larger, cycling characteristics can be improved more.

또한, 상기 규소 화합물 입자는, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 1.2° 이상임과 함께, 그 결정면에 대응하는 결정자 크기는 7.5nm 이하인 것이 바람직하다.In addition, the silicon compound particles have a half width (2θ) of a diffraction peak resulting from a Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using Cu-Kα rays of 1.2° or more, and a crystallite size corresponding to the crystal plane. is preferably 7.5 nm or less.

규소 화합물 입자가 상기의 규소 결정성을 갖는 부극 활물질을 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하면, 보다 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성이 얻어진다.When a silicon compound particle uses the negative electrode active material which has said silicon crystallinity as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, more favorable cycling characteristics and initial stage charge/discharge characteristic will be acquired.

또한, 상기 부극 활물질과 탄소계 활물질의 혼합물을 포함하는 부극 전극과 대향 전극 리튬을 포함하는 시험 셀을 제작하고, 해당 시험 셀에 있어서, 상기 부극 활물질에 리튬을 삽입하도록 전류를 흘리는 충전과, 상기 부극 활물질로부터 리튬을 탈리하도록 전류를 흘리는 방전을 포함하는 충방전을 30회 실시하고, 각 충방전에 있어서의 방전 용량 Q를 상기 대향 전극 리튬을 기준으로 하는 상기 부극 전극의 전위 V로 미분한 미분값 dQ/dV와 상기 전위 V의 관계를 나타내는 그래프를 그렸을 경우에, X회째 이후(1≤X≤30)의 방전 시에 있어서의, 상기 부극 전극의 전위 V가 0.40V 내지 0.55V의 범위에 피크를 갖는 것인 것이 바람직하다.In addition, preparing a negative electrode electrode including a mixture of the negative electrode active material and a carbon-based active material and a test cell including counter electrode lithium, in the test cell, charging a current to insert lithium into the negative electrode active material; Charge and discharge including discharge through which a current is passed to desorb lithium from the negative electrode active material is performed 30 times, and the discharge capacity Q in each charge and discharge is differentiated by the potential V of the negative electrode with respect to the counter electrode lithium as a reference When a graph showing the relationship between the value dQ/dV and the potential V is drawn, the potential V of the negative electrode at the time of discharge after the Xth (1≤X≤30) is in the range of 0.40V to 0.55V It is preferable to have a peak.

V-dQ/dV 곡선에 있어서의 상기의 피크는 규소재의 피크와 유사하고, 보다 고전위측에 있어서의 방전 커브가 날카롭게 상승되기 때문에, 전지 설계를 행할 때, 용량 발현하기 쉬워진다. 또한, 상기 피크가 30회 이내의 충방전으로 발현하는 것이면, 안정된 벌크가 형성되는 부극 활물질이 된다.The above peak in the V-dQ/dV curve is similar to that of a silicon material, and since the discharge curve on the higher potential side rises sharply, capacity expression becomes easy when designing a battery. Moreover, as long as the said peak expresses by charging/discharging within 30 times, it becomes a negative electrode active material in which a stable bulk is formed.

또한, 상기 부극 활물질 입자는 메디안 직경이 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 바람직하다.In addition, the negative electrode active material particles preferably have a median diameter of 1.0 µm or more and 15 µm or less.

메디안 직경이 1.0㎛ 이상이면, 질량당의 표면적의 증가에 의해 전지 불가역 용량이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 한편으로, 메디안 직경을 15㎛ 이하로 함으로써, 입자가 깨지기 어려워지기 때문에 새 표면이 나오기 어려워진다.When the median diameter is 1.0 µm or more, it is possible to suppress an increase in the battery irreversible capacity due to an increase in the surface area per mass. On the other hand, when the median diameter is 15 µm or less, the particles are less likely to be broken, so that a new surface is less likely to come out.

또한, 상기 부극 활물질 입자는, 표층부에 탄소재를 포함하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the said negative electrode active material particle contains a carbon material in a surface layer part.

이와 같이, 부극 활물질 입자가 그 표층부에 탄소재를 포함함으로써, 도전성의 향상이 얻어진다.In this way, when the negative electrode active material particles contain a carbon material in the surface layer portion, an improvement in conductivity is obtained.

또한, 상기 탄소재의 평균 두께는 5nm 이상 5000nm 이하인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the average thickness of the said carbon material is 5 nm or more and 5000 nm or less.

탄소재의 평균 두께가 5nm 이상이면 도전성 향상이 얻어진다. 또한, 피복하는 탄소재의 평균 두께가 5000nm 이하라면, 이러한 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 리튬 이온 이차 전지에 사용함으로써, 규소 화합물 입자를 충분한 양 확보할 수 있으므로, 전지 용량의 저하를 억제할 수 있다.If the average thickness of a carbon material is 5 nm or more, an electroconductive improvement will be acquired. In addition, if the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, by using the negative electrode active material containing such negative electrode active material particles in a lithium ion secondary battery, a sufficient amount of silicon compound particles can be secured, so that the decrease in battery capacity can be suppressed. can

또한, 본 발명은 상기의 부극 활물질과 탄소계 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 부극 활물질 재료를 제공한다.In addition, the present invention provides a mixed negative electrode active material comprising the above negative electrode active material and a carbon-based active material.

이와 같이, 부극 활물질층을 형성하는 재료로서, 본 발명의 부극 활물질(규소계 부극 활물질)과 함께 탄소계 활물질을 포함함으로써, 부극 활물질층의 도전성을 향상시킬 수 있음과 함께, 충전에 수반하는 팽창 응력을 완화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 규소 부극계 활물질을 탄소계 활물질에 혼합함으로써 전지 용량을 증가시킬 수 있다.As described above, by including the carbon-based active material together with the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) of the present invention as a material for forming the negative electrode active material layer, the conductivity of the negative electrode active material layer can be improved and swelling accompanying charging It becomes possible to relieve stress. In addition, by mixing the silicon negative electrode active material with the carbon-based active material, it is possible to increase the battery capacity.

이때, 상기 혼합 부극 활물질 재료의 총량에 대한 상기 부극 활물질의 비가 10질량% 이상인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that ratio of the said negative electrode active material with respect to the total amount of the said mixed negative electrode active material material is 10 mass % or more.

상기의 부극 활물질(규소계 부극 활물질)과 탄소계 활물질의 질량 합계에 대한, 부극 활물질(규소계 부극 활물질)의 질량의 비율이 10질량% 이상이면, 전지 용량을 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.When the ratio of the mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) to the total mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) and the carbon-based active material is 10% by mass or more, it is possible to further improve the battery capacity.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 규소 화합물 입자를 함유하는 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 제조하는 방법으로서, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 제작하는 공정과, 상기 규소 화합물 입자에 리튬을 삽입하고, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 함유시키는 공정에 의해 부극 활물질 입자를 제작하고, 상기 부극 활물질 입자로부터, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 상기 피크 강도 A 또는 상기 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 상기 피크 강도 A와 상기 피크 강도 C는 하기 식 1의 관계를 만족시키는 것을 선별하는 공정을 포함하고, 해당 선별한 상기 부극 활물질 입자를 사용하여, 부극 활물질을 제조하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a negative electrode active material including negative electrode active material particles containing silicon compound particles, silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≤x≤1.6) A negative electrode active material particle is produced by a step of preparing a particle, lithium is inserted into the silicon compound particle, and crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 are contained in at least part of the particle, and from the negative electrode active material particle. , obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum, the peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 , the peak intensity B derived from Si, the peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 , and the peak intensity derived from SiO 2 . Among D, the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C include a step of sorting out those that satisfy the relationship of the following formula (1), and the selected negative electrode It provides a method for producing a negative electrode active material, characterized in that the negative electrode active material is produced using the active material particles.

식 1 C/3≤A≤3CEquation 1 C/3≤A≤3C

부극 활물질 입자를 이렇게 선별하여, 부극 활물질을 제조함으로써, 부극 제작 시에 제작하는 수계 슬러리를 안정화할 수 있고, 또한, 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에 고용량임과 함께 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성을 갖는 부극 활물질을 제조할 수 있다.By selecting the negative electrode active material particles in this way and preparing the negative electrode active material, the aqueous slurry produced at the time of negative electrode production can be stabilized, and when used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, it has a high capacity and good cycle characteristics and initial stage A negative electrode active material having charge/discharge characteristics can be manufactured.

본 발명의 부극 활물질은, 부극 제작 시에 제작하는 수계 슬러리를 안정화할 수 있고, 또한, 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에, 고용량으로 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성이 얻어진다. 또한, 이 부극 활물질을 포함하는 혼합 부극 활물질 재료에 있어서도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 본 발명의 부극 활물질의 제조 방법이면, 부극 제작 시에 제작하는 수계 슬러리를 안정화할 수 있고, 또한, 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에, 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성을 갖는 부극 활물질을 제조할 수 있다.The negative electrode active material of the present invention can stabilize the aqueous slurry produced during negative electrode production, and when used as a negative electrode active material for a secondary battery, good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics are obtained with a high capacity. Moreover, the same effect is acquired also in the mixed negative electrode active material material containing this negative electrode active material. In addition, if the method for producing a negative electrode active material of the present invention can stabilize the aqueous slurry produced at the time of negative electrode production, and also has good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics when used as a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery. A negative electrode active material can be manufactured.

도 1은, 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 비수 전해질 이차 전지용 부극의 구성 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지의 구성예(라미네이트 필름형)를 도시하는 도면이다.
도 3은, 비정질 규소를 포함하는 규소 화합물 입자를 29Si-MAS-NMR을 사용하여 측정했을 경우에 얻어지는 스펙트럼의 일례이다.
도 4는, 실시예 1-1에서 측정된 29Si-MAS-NMR 스펙트럼이다.
도 5는, 실시예 1-1에서 측정된 X선 회절 스펙트럼이다.
도 6은, 실시예 1-2에서 측정된 29Si-MAS-NMR 스펙트럼이다.
도 7은, 비교예 1-1에서 측정된 29Si-MAS-NMR 스펙트럼이다.
도 8은, 비교예 1-2에서 측정된 29Si-MAS-NMR 스펙트럼이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows an example of a structure of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the negative electrode active material of this invention.
Fig. 2 is a diagram showing a configuration example (laminate film type) of a lithium secondary battery containing the negative electrode active material of the present invention.
3 : is an example of the spectrum obtained when the silicon compound particle containing amorphous silicon is measured using 29 Si-MAS-NMR.
4 is a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured in Example 1-1.
5 is an X-ray diffraction spectrum measured in Example 1-1.
6 is a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured in Example 1-2.
7 is a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured in Comparative Example 1-1.
8 is a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured in Comparative Example 1-2.

이하, 본 발명에 대하여 실시 형태를 설명하는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although embodiment is described about this invention, this invention is not limited to this.

전술한 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지의 전지 용량을 증가시키는 하나의 방법으로서, 규소재를 주재로서 사용한 부극을 리튬 이온 이차 전지의 부극으로서 사용하는 것이 검토되고 있다. 이 규소재를 사용한 리튬 이온 이차 전지는, 탄소계 활물질을 사용한 리튬 이온 이차 전지와 동등하게 가까운 슬러리 안정성, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성이 요망되고 있지만, 탄소계 활물질을 사용한 리튬 이온 이차 전지와 동등한 슬러리 안정성, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 갖는 부극 활물질을 제안하는데 이르지 못하였다.As mentioned above, as one method of increasing the battery capacity of a lithium ion secondary battery, using the negative electrode which used the silicon material as a main material as a negative electrode of a lithium ion secondary battery is examined. A lithium ion secondary battery using this silicon material is desired to have slurry stability, initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics comparable to those of a lithium ion secondary battery using a carbon-based active material, but equivalent to a lithium ion secondary battery using a carbon-based active material It has not been possible to propose a negative electrode active material having slurry stability, initial charge/discharge characteristics, and cycle characteristics.

그래서, 본 발명자들은, 이차 전지에 사용한 경우, 고전지 용량이 됨과 함께, 슬러리 안정성, 사이클 특성 및 첫회 효율이 양호해지는 부극 활물질을 얻기 위하여 예의 검토를 거듭하여, 본 발명에 이르렀다.Then, the present inventors repeated earnest examination in order to obtain the negative electrode active material which becomes high battery capacity, and becomes favorable slurry stability, cycling characteristics, and initial efficiency, when used for a secondary battery, and came to this invention.

본 발명의 부극 활물질은, 부극 활물질 입자를 포함한다. 그리고, 이 부극 활물질 입자는, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유한다. 이 규소 화합물 입자는, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 결정질의 Li2Si2O5를 포함한다. 그리고, 이 규소 화합물 입자는, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C, 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 피크 강도 A 또는 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 피크 강도 A와 피크 강도 C는 하기 식 1의 관계를 만족시키는 것이다.The negative electrode active material of the present invention contains negative electrode active material particles. Then, the negative electrode active material particles, silicon compound particles contain a silicon compound containing a (SiO x 0.5≤x≤1.6). These silicon compound particles contain crystalline Li 2 SiO 3 and crystalline Li 2 Si 2 O 5 at least in part. In addition, the silicon compound particles have a peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 obtained from a 29 Si-MAS-NMR spectrum, a peak intensity B derived from Si, a peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 , And among the peak intensities D derived from SiO 2 , the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C satisfy the relationship of Formula 1 below.

식 1 C/3≤A≤3CEquation 1 C/3≤A≤3C

이러한 부극 활물질은, 규소 화합물 입자를 포함하는 부극 활물질 입자를 포함하기 때문에, 전지 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 규소 화합물 입자가 상기와 같은 리튬 실리케이트를 포함함으로써, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감할 수 있다. 또한, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A가 가장 강하게 얻어지는 경우, Li4SiO4 등의 다른 Li 실리케이트가 많이 포함되는 경우보다도 내수성이 향상된다. 부극 활물질의 내수성이 높으면, 부극 제작용의 수계 슬러리(수계 용매 중에 부극 활물질 등을 분산시킨 슬러리)의 안정성이 향상되고, 전지의 공업적인 생산 공정으로의 사용에 견딜 수 있는 부극 활물질이 된다. 또한, Li2SiO3는 낮은 열 에너지로 생성되기 때문에, 규소 화합물 중의 Si의 결정성을 비교적 낮게 억제한 것이 되므로, 사이클 특성이 향상된다. 한편, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C가 가장 강하게 얻어지는 경우, Li2Si2O5는 Li2SiO3보다도 더욱 물에 녹기 어렵기 때문에, 내수성이 특히 향상된다. 또한, 상기의 식 1과 같은 피크 강도비라면, 전지의 사이클 특성의 향상과 슬러리 안정성을 양립할 수 있는 밸런스의 Li 실리케이트를 갖는 부극 활물질이 된다.Since such a negative electrode active material contains negative electrode active material particles containing silicon compound particles, battery capacity can be improved. In addition, when the silicon compound particles contain the lithium silicate as described above, the irreversible capacity generated during charging can be reduced. On the contrary, if the peak intensity derived from the A Li 2 SiO 3 is obtained most strongly, the water resistance is improved more than the case that contains a significant number of other silicates, such as Li Li 4 SiO 4. When the water resistance of the negative electrode active material is high, the stability of the aqueous slurry for negative electrode preparation (slurry in which the negative electrode active material is dispersed in an aqueous solvent) is improved, and the negative electrode active material can withstand use in the industrial production process of the battery. Further, since Li 2 SiO 3 is to create a low thermal energy, so that with reduced crystallinity of the Si in the silicon compound is relatively low, thus improving the cycle characteristics. On the other hand, when the peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 is most strongly obtained, since Li 2 Si 2 O 5 is more difficult to dissolve in water than Li 2 SiO 3 , water resistance is particularly improved. Moreover, if it is a peak intensity ratio like Formula 1 above, it becomes a negative electrode active material which has Li silicate of the balance which can make the improvement of the cycling characteristics of a battery and slurry stability compatible.

29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, Li2SiO3에서 유래되는 피크는 케미컬 쉬프트 값이 -75ppm 부근에 나타나는 피크이고, Si에서 유래되는 피크는 케미컬 쉬프트 값이 -86ppm 부근에 나타나는 피크이고, Li2Si2O5에서 유래되는 피크는 케미컬 쉬프트 값이 -93ppm 부근에 나타나는 피크이고, SiO2에서 유래되는 피크는 케미컬 쉬프트 값이 -110ppm 부근에 나타나는 피크이다. 29 In the Si-MAS-NMR spectrum, the peak derived from Li 2 SiO 3 is a peak having a chemical shift value of -75 ppm, and the peak derived from Si is a peak having a chemical shift value of -86 ppm. A peak derived from 2 Si 2 O 5 is a peak having a chemical shift value of -93 ppm, and a peak derived from SiO 2 is a peak having a chemical shift value of -110 ppm.

또한, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 측정 조건은, 통상의 측정 조건이면 되지만 예를 들어 이하와 같은 조건으로 할 수 있다.In addition, although the measurement conditions of 29 Si-MAS-NMR spectrum should just be normal measurement conditions, it can be set as the following conditions, for example.

29Si MAS NMR 29 Si MAS NMR

·장치: Bruker사제 700NMR 분광기,Apparatus: 700 NMR spectrometer manufactured by Bruker,

·프로브: 4mmHR-MAS 로터 50μL,Probe: 4mmHR-MAS rotor 50μL,

·시료 회전 속도: 10kHz,·Sample rotation speed: 10kHz,

·측정 환경 온도: 25℃.·Measured environment temperature: 25℃.

피크의 강도는, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 산출된 베이스 라인으로부터의 피크의 높이로 표시된다. 이때, 베이스 라인은 통상의 방법에 의해 정할 수 있다.The intensity of the peak is expressed as the height of the peak from the baseline calculated from the 29 Si-MAS-NMR spectrum. In this case, the base line may be determined by a conventional method.

또한 본 발명의 부극 활물질은, 규소 화합물 입자가 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 피크 강도 A와 피크 강도 C의 합이, 피크 강도 B와 피크 강도 D의 합에 대하여, 4배 이상의 값을 취하는 것인 것이 바람직하다. 이러한 것이면, 규소 화합물 입자 중에 Li2SiO3 및 Li2Si2O5라고 한 비교적 내수성이 높은 Li 실리케이트를 보다 많이 포함하기 때문에, 부극 활물질의 내수성이 보다 향상된다.In addition, in the negative electrode active material of the present invention, the silicon compound particles have a value that is 4 times or more the sum of the peak intensity A and the peak intensity C in the 29 Si-MAS-NMR spectrum compared to the sum of the peak intensity B and the peak intensity D. It is preferable to take In such a case, since the silicon compound particles contain more Li silicates with relatively high water resistance such as Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 , the water resistance of the negative electrode active material is further improved.

또한, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 피크 강도 B가 피크 강도 D보다도 큰 것이 바람직하다. B>D의 관계를 만족시키면, 규소 화합물 입자에 있어서, Si에 대하여 충전 시에 불가역 용량이 될 수 있는 SiO2가 적기 때문에, 전지의 초기 효율을 보다 향상시킬 수 있다.Moreover, in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, it is preferable that the peak intensity B is larger than the peak intensity D. When the relationship B>D is satisfied, in the silicon compound particles, SiO 2 that can become an irreversible capacity at the time of charging with respect to Si is small, so that the initial efficiency of the battery can be further improved.

또한, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 영역에 피크가 나타나는 것인 것이 바람직하다. 이러한 것은, 규소 화합물의 비정질 규소 성분의 비율이 보다 크기 때문에, 사이클 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 비정질 규소에서 유래되는 피크의 일례를 도 3에 도시한다. 도 3과 같이, 비정질 규소에서 유래되는 피크가 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 위치에 나타난다.Further, in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, it is preferable that a peak appears in a region having a chemical shift value of around -130 ppm. Since this has a larger ratio of the amorphous silicon component of a silicon compound, cycling characteristics can be improved more. In addition, an example of the peak derived from amorphous silicon is shown in FIG. As shown in FIG. 3 , a peak derived from amorphous silicon appears at a position where the chemical shift value of the 29 Si-MAS-NMR spectrum is around -130 ppm.

<부극><Negative Electrode>

먼저, 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 부극에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 부극의 구성 일례를 도시하는 단면도이다.First, a negative electrode including the negative electrode active material of the present invention will be described. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows an example of a structure of the negative electrode containing the negative electrode active material of this invention.

[부극의 구성][Configuration of negative electrode]

도 1에 도시한 바와 같이, 부극(10)은, 부극 집전체(11) 상에 부극 활물질층(12)을 갖는 구성으로 되어 있다. 이 부극 활물질층(12)은 부극 집전체(11)의 양면, 또는, 편면에만 설치되어 있어도 된다. 또한, 본 발명의 부극 활물질이 사용된 것이면, 부극 집전체(11)는 없어도 된다.As shown in FIG. 1 , the negative electrode 10 has a structure including the negative electrode active material layer 12 on the negative electrode current collector 11 . The negative electrode active material layer 12 may be provided on both surfaces or only one surface of the negative electrode current collector 11 . In addition, as long as the negative electrode active material of this invention is used, the negative electrode collector 11 may not be needed.

[부극 집전체][Negative electrode current collector]

부극 집전체(11)는, 우수한 도전성 재료이고, 또한, 기계적인 강도에 뛰어난 물질로 구성된다. 부극 집전체(11)에 사용할 수 있는 도전성 재료로서, 예를 들어 구리(Cu)나 니켈(Ni)을 들 수 있다. 이 도전성 재료는, 리튬(Li)과 금속간 화합물을 형성하지 않는 재료인 것이 바람직하다.The negative electrode current collector 11 is made of an excellent conductive material and is made of a material excellent in mechanical strength. Examples of the conductive material that can be used for the negative electrode current collector 11 include copper (Cu) and nickel (Ni). The conductive material is preferably a material that does not form an intermetallic compound with lithium (Li).

부극 집전체(11)는, 주 원소 이외에 탄소(C)나 황(S)을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 부극 집전체의 물리적 강도가 향상되기 때문이다. 특히, 충전 시에 팽창하는 활물질층을 갖는 경우, 집전체가 상기의 원소를 포함하고 있으면, 집전체를 포함하는 전극 변형을 억제하는 효과가 있기 때문이다. 상기의 함유 원소의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도, 각각 70 질량ppm 이하인 것이 바람직하다. 보다 높은 변형 억제 효과가 얻어지기 때문이다. 이러한 변형 억제 효과에 의해 사이클 특성을 보다 향상시킬 수 있다.The negative electrode current collector 11 preferably contains carbon (C) and sulfur (S) in addition to the main element. This is because the physical strength of the negative electrode current collector is improved. In particular, in the case of having an active material layer that expands during charging, if the current collector contains the above elements, it is because there is an effect of suppressing deformation of the electrode including the current collector. Although content of said containing element is not specifically limited, Especially, it is preferable that it is each 70 mass ppm or less. This is because a higher strain suppression effect is obtained. Cycle characteristics can be further improved by such a deformation|transformation suppression effect.

또한, 부극 집전체(11)의 표면은 조화(粗化)되어 있어도 되고, 조화되어 있지 않아도 된다. 조화되어 있는 부극 집전체는, 예를 들어 전해 처리, 엠보싱 처리, 또는, 화학 에칭 처리된 금속박 등이다. 조화되어 있지 않은 부극 집전체는, 예를 들어 압연 금속박 등이다.Further, the surface of the negative electrode current collector 11 may or may not be roughened. The roughened negative electrode current collector is, for example, an electrolytic treatment, an embossing treatment, or a metal foil subjected to a chemical etching treatment. The uncoordinated negative electrode current collector is, for example, rolled metal foil or the like.

[부극 활물질층][Negative electrode active material layer]

부극 활물질층(12)은, 리튬 이온을 흡장, 방출 가능한 본 발명의 부극 활물질을 포함하고 있고, 전지 설계상의 관점에서, 추가로, 부극 결착제(결합제)나 도전 보조제 등 다른 재료를 포함하고 있어도 된다. 부극 활물질은 부극 활물질 입자를 포함하고, 부극 활물질 입자는 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 함유하는 규소 화합물 입자를 포함한다.The negative electrode active material layer 12 contains the negative electrode active material of the present invention capable of occluding and releasing lithium ions, and from the viewpoint of battery design, further including other materials such as negative electrode binders (binders) and conductive aids. do. The negative electrode active material includes negative electrode active material particles, and the negative electrode active material particles include silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x: 0.5≦x≦1.6).

또한, 부극 활물질층(12)은, 본 발명의 부극 활물질(규소계 부극 활물질)과 탄소계 활물질을 포함하는 혼합 부극 활물질 재료를 포함하고 있어도 된다. 이에 의해, 부극 활물질층의 전기 저항이 저하됨과 함께, 충전에 수반하는 팽창 응력을 완화하는 것이 가능하게 된다. 탄소계 활물질로서는, 예를 들어 열분해 탄소류, 코크스류, 유리상 탄소 섬유, 유기 고분자 화합물 소성체, 카본 블랙류 등을 사용할 수 있다.In addition, the negative electrode active material layer 12 may contain the mixed negative electrode active material material containing the negative electrode active material (silicon type negative electrode active material) of this invention, and a carbon type active material. Thereby, while the electrical resistance of a negative electrode active material layer falls, it becomes possible to relieve|moderate the expansion stress accompanying charging. As the carbon-based active material, for example, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic high molecular compound sintered bodies, carbon blacks and the like can be used.

또한, 혼합 부극 활물질 재료는, 규소계 부극 활물질과 탄소계 활물질의 질량 합계에 대한, 규소계 부극 활물질의 질량 비율이 10질량% 이상인 것이 바람직하다. 규소계 부극 활물질의 비율이 10질량% 이상이면, 전지 용량을 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.Moreover, in the mixed negative electrode active material material, it is preferable that the mass ratio of the silicon-based negative electrode active material to the total mass of the silicon-based negative electrode active material and the carbon-based active material is 10% by mass or more. When the ratio of the silicon-based negative electrode active material is 10% by mass or more, it becomes possible to further improve the battery capacity.

또한, 상기와 같이 본 발명의 부극 활물질은, 규소 화합물 입자를 포함하고, 규소 화합물 입자는 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 함유하는 산화규소재인데, 그 조성은 x가 1에 가까운 쪽이 바람직하다. 왜냐하면, 높은 사이클 특성이 얻어지기 때문이다. 또한, 본 발명에 있어서의 규소 화합물의 조성은 반드시 순도 100%를 의미하고 있는 것은 아니고, 미량의 불순물 원소를 포함하고 있어도 된다.In addition, as described above, the negative electrode active material of the present invention contains silicon compound particles, and the silicon compound particles are silicon oxide materials containing a silicon compound (SiO x : 0.5≤x≤1.6), the composition of which is that x is 1 The closer one is preferable. This is because high cycle characteristics are obtained. In addition, the composition of the silicon compound in this invention does not necessarily mean 100% of purity, and may contain a trace amount of impurity elements.

또한, 상기한 바와 같이, 본 발명의 부극 활물질에 있어서, 규소 화합물 입자는 결정질의 Li2SiO3, 결정질의 Li2Si2O5를 함유한다. 이러한 것은, 규소 화합물 중의, 전지의 충방전 시의 리튬의 삽입, 탈리 시에 불안정화하는 SiO2 성분부를 미리 별도의 리튬 실리케이트로 개질시킨 것이므로, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감할 수 있다.In addition, as described above, in the negative electrode active material of the present invention, the silicon compound particles contain crystalline Li 2 SiO 3 and crystalline Li 2 Si 2 O 5 . Since this is a silicon compound in which the SiO 2 component that destabilizes at the time of insertion and desorption of lithium during charging and discharging of the battery is modified in advance with a separate lithium silicate, irreversible capacity generated during charging can be reduced.

또한, 규소 화합물 입자의 벌크 내부에 상기의 Li 실리케이트에 첨가하여, Li4SiO4가 존재하고 있어도 된다. 이에 의해 더욱 전지 특성이 향상된다. 또한, 이들의 리튬 실리케이트는, 상기와 같이 NMR로 정량 가능하다. 또한, 그 밖에도 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy: X선 광전자 분광)로 정량 가능하다. NMR의 측정은 상기한 바와 같은 조건이면 된다. XPS의 측정은, 예를 들어 이하의 조건에 의해 행할 수 있다.Moreover, it adds to said Li silicate inside the bulk inside of a silicon compound particle, and Li 4 SiO 4 may exist. This further improves the battery characteristics. In addition, these lithium silicates can be quantified by NMR as mentioned above. In addition, it can be quantified by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy: X-ray photoelectron spectroscopy). The NMR measurement may be performed under the same conditions as described above. The measurement of XPS can be performed under the following conditions, for example.

XPSXPS

·장치: X선 광전자 분광 장치,Apparatus: X-ray photoelectron spectroscopy device,

·X선원: 단색화 Al Kα선,·X-ray source: monochromatic Al Kα rays,

·X선 스폿 직경: 100㎛,·X-ray spot diameter: 100㎛,

·Ar 이온 총 스퍼터 조건: 0.5kV/2mm×2mm.·Ar ion total sputtering condition: 0.5kV/2mm×2mm.

또한, 규소 화합물 입자는, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 1.2° 이상임과 함께, 그 결정면에 대응하는 결정자 크기는 7.5nm 이하인 것이 바람직하다. 이 피크는, 결정성이 높을 때(반값폭이 좁을 때) 2θ=28.4±0.5° 부근에 나타난다. 규소 화합물 입자에 있어서의 규소 화합물의 규소 결정성은 낮을수록 좋고, 특히, Si 결정의 존재량이 적으면, 전지 특성을 향상시킬 수 있고, 또한, 안정적인 Li 화합물을 생성할 수 있다.In addition, the silicon compound particles have a half width (2θ) of the diffraction peak resulting from the Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using Cu-Kα ray is 1.2° or more, and the crystallite size corresponding to the crystal plane is It is preferable that it is 7.5 nm or less. This peak appears in the vicinity of 2θ=28.4±0.5° when the crystallinity is high (when the half width is narrow). The lower the silicon crystallinity of the silicon compound in the silicon compound particles, the better. In particular, when the amount of Si crystals present is small, battery characteristics can be improved and a stable Li compound can be produced.

또한, 본 발명의 부극 활물질에 있어서, 부극 활물질 입자는, 표층부에 탄소재를 포함하는 것이 바람직하다. 부극 활물질 입자가 그 표층부에 탄소재를 포함함으로써, 도전성의 향상이 얻어지기 때문에, 이러한 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에, 전지 특성을 향상시킬 수 있다.Moreover, in the negative electrode active material of this invention, it is preferable that the negative electrode active material particle|grains contain a carbon material in a surface layer part. When the negative electrode active material particles contain a carbon material in their surface layer portion, since an improvement in conductivity is obtained, when a negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is used as a negative electrode active material of a secondary battery, battery characteristics can be improved.

또한, 부극 활물질 입자의 표층부의 탄소재의 평균 두께는, 5nm 이상 5000nm 이하인 것이 바람직하다. 탄소재의 평균 두께가 5nm 이상이면 도전성 향상이 얻어지고, 피복하는 탄소재의 평균 두께가 5000nm 이하이면, 이러한 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용했을 때에, 전지 용량의 저하를 억제할 수 있다.Moreover, it is preferable that the average thickness of the carbon material of the surface layer part of negative electrode active material particle|grains are 5 nm or more and 5000 nm or less. When the average thickness of the carbon material is 5 nm or more, conductivity improvement is obtained, and when the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, a negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery. A decrease in capacity can be suppressed.

이 탄소재의 평균 두께는, 예를 들어 이하의 수순에 의해 산출할 수 있다. 우선, TEM(투과형 전자 현미경)에 의해 임의의 배율로 부극 활물질 입자를 관찰한다. 이 배율은, 두께를 측정할 수 있도록, 눈으로 보아 탄소재의 두께를 확인할 수 있는 배율이 바람직하다. 계속해서, 임의의 15점에 있어서, 탄소재의 두께를 측정한다. 이 경우, 가능한 한 특정한 장소에 집중하지 않고, 넓고 랜덤하게 측정 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 상기의 15점의 탄소재의 두께 평균값을 산출한다.The average thickness of this carbon material is computable with the following procedure, for example. First, the negative electrode active material particles are observed at an arbitrary magnification with a TEM (transmission electron microscope). As for this magnification, the magnification by which the thickness of a carbon material can be visually confirmed so that thickness can be measured is preferable. Then, 15 arbitrary points WHEREIN: The thickness of a carbon material is measured. In this case, it is preferable to set the measurement positions broadly and randomly without concentrating on a specific place as much as possible. Finally, the average value of the thickness of the above 15 carbon materials is calculated.

탄소재의 피복률은 특별히 한정되지 않지만, 가능한 한 높은 쪽이 바람직하다. 피복률이 30% 이상이면, 전기 전도성이 보다 향상되기 때문에 바람직하다. 탄소재의 피복 방법은 특별히 한정되지 않지만, 당탄화법, 탄화수소 가스의 열분해법이 바람직하다. 왜냐하면, 피복률을 향상시킬 수 있기 때문이다.Although the coverage of a carbon material is not specifically limited, The one as high as possible is preferable. If the coverage is 30% or more, it is preferable because the electrical conductivity is further improved. Although the coating method of a carbon material is not specifically limited, The saccharide carbonization method and the pyrolysis method of hydrocarbon gas are preferable. This is because the coverage can be improved.

또한, 부극 활물질 입자의 메디안 직경(D50: 누적 부피가 50%가 될 때의 입자 직경)이 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 메디안 직경이 상기의 범위이면, 충방전 시에 있어서 리튬 이온의 흡장 방출이 되기 쉬워짐과 함께, 입자가 깨지기 어려워지기 때문이다. 메디안 직경이 1.0㎛ 이상이면, 질량당의 표면적을 작게 할 수 있고, 전지 불가역 용량의 증가를 억제할 수 있다. 한편으로, 메디안 직경을 15㎛ 이하로 함으로써, 입자가 깨지기 어려워지기 때문에 새 표면이 나오기 어려워진다.In addition, the median diameter of the negative electrode active material particles is preferably (D 50 particle size at which the cumulative volume is 50%) or less than the 15㎛ 1.0㎛. This is because, while the median diameter is within the above range, lithium ions are easily occluded and released at the time of charging and discharging, and particles are less likely to be broken. When the median diameter is 1.0 µm or more, the surface area per mass can be made small, and an increase in the battery irreversible capacity can be suppressed. On the other hand, when the median diameter is 15 µm or less, the particles are less likely to be broken, so that a new surface is less likely to come out.

또한, 본 발명의 부극 활물질(규소계 활물질)은, 해당 규소계 활물질과 탄소계 활물질의 혼합물을 포함하는 부극 전극과 대향 전극 리튬을 포함하는 시험 셀을 제작하고, 해당 시험 셀에 있어서, 규소계 활물질에 리튬을 삽입하도록 전류를 흘리는 충전과, 규소계 활물질로부터 리튬을 탈리하도록 전류를 흘리는 방전을 포함하는 충방전을 30회 실시하고, 각 충방전에 있어서의 방전 용량 Q를 대향 전극 리튬을 기준으로 하는 부극 전극의 전위 V로 미분한 미분값 dQ/dV와 전위 V의 관계를 나타내는 그래프를 그렸을 경우에, X회째 이후(1≤X≤30)의 방전 시에 있어서의, 부극 전극의 전위 V가 0.40V 내지 0.55V의 범위에 피크를 갖는 것인 것이 바람직하다. V-dQ/dV 곡선에 있어서의 상기의 피크는 규소재의 피크와 유사하고, 보다 고전위측에 있어서의 방전 커브가 날카롭게 상승되기 때문에, 전지 설계를 행할 때, 용량 발현하기 쉬워진다. 또한, 30회 이내의 충방전으로 상기 피크가 발현하는 부극 활물질이면, 안정된 벌크가 형성되는 것이라고 판단할 수 있다.In addition, the negative electrode active material (silicon-based active material) of the present invention produces a test cell containing a negative electrode electrode containing a mixture of the silicon-based active material and a carbon-based active material and lithium counter electrode, and in the test cell, the silicon-based active material Charging and discharging were performed 30 times, including charging through which a current was passed to insert lithium into the active material and discharging through which current was passed to desorb lithium from the silicon-based active material, and the discharge capacity Q in each charging and discharging was determined based on the counter electrode lithium. When a graph is drawn showing the relationship between the potential V and the differential value dQ/dV, which is differentiated by the potential V of the negative electrode, preferably has a peak in the range of 0.40V to 0.55V. The above peak in the V-dQ/dV curve is similar to that of a silicon material, and since the discharge curve on the higher potential side rises sharply, capacity expression becomes easy when designing a battery. Moreover, if it is a negative electrode active material which the said peak expresses by charging/discharging within 30 times, it can be judged that a stable bulk is formed.

또한, 부극 활물질층에 포함되는 부극 결착제로서는, 예를 들어 고분자 재료, 합성 고무 등 중 어느 1종 이상을 사용할 수 있다. 고분자 재료는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 아라미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산리튬, 카르복시메틸셀룰로오스 등이다. 합성 고무는, 예를 들어 스티렌부타디엔계 고무, 불소계 고무, 에틸렌프로필렌디엔 등이다.In addition, as a negative electrode binder contained in a negative electrode active material layer, any 1 or more types of a polymeric material, synthetic rubber, etc. can be used, for example. The polymer material is, for example, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid, lithium polyacrylate, carboxymethylcellulose, or the like. Synthetic rubber is, for example, a styrene-butadiene-type rubber, a fluorine-type rubber, ethylene propylene diene, etc.

부극 도전 보조제로서는, 예를 들어 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연, 케첸 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버 등의 탄소 재료 중 어느 1종 이상을 사용할 수 있다.As a negative electrode conductive support agent, any 1 or more types of carbon materials, such as carbon black, acetylene black, graphite, Ketjen black, a carbon nanotube, and carbon nanofiber, can be used, for example.

부극 활물질층은, 예를 들어 도포법으로 형성된다. 도포법이란, 부극 활물질 입자와 상기의 결착제 등, 또한, 필요에 따라 도전 보조제, 탄소 재료를 혼합한 후에, 유기 용제나 물 등에 분산시켜 도포하는 방법이다.The negative electrode active material layer is formed, for example, by a coating method. The coating method is a method of dispersing the negative electrode active material particles and the above binder and, if necessary, mixing a conductive auxiliary agent and a carbon material, and then dispersing it in an organic solvent, water, or the like.

[부극의 제조 방법][Method for producing negative electrode]

부극은, 예를 들어 이하의 수순에 의해 제조할 수 있다. 먼저, 부극에 사용하는 부극 활물질의 제조 방법을 설명한다. 최초에, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 제작한다. 이어서, 규소 화합물 입자에 Li를 삽입하고, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 함유시킨다. 이와 같이 하여, 부극 활물질 입자를 제작한다. 이어서, 제작한 부극 활물질 입자로부터, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C, 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 피크 강도 A 또는 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 피크 강도 A와 피크 강도 C가, 상기 식 1의 관계를 만족시키는 것을 선별한다. 그리고, 선별한 부극 활물질 입자를 사용하여, 부극 활물질을 제조한다.A negative electrode can be manufactured by the following procedure, for example. First, the manufacturing method of the negative electrode active material used for a negative electrode is demonstrated. First, silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≤x≤1.6) are prepared. Next, Li is inserted into the silicon compound particles, and at least one part contains crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 . In this way, negative electrode active material particles are produced. Next, from the prepared negative electrode active material particles, the peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum, the peak intensity B derived from Si, and the peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 Among the peak intensities D derived from , and SiO 2 , the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C satisfy the relationship of Formula 1 above. And a negative electrode active material is manufactured using the selected negative electrode active material particle|grains.

또한, 부극 활물질 입자를 제작하는데, 추가로, 규소 화합물 입자에 탄소재를 피복하는 공정을 갖고 있어도 된다. 탄소재의 피복 공정은, Li의 삽입 공정 전에 행할 수 있다. 규소 화합물 입자의 표면에 탄소재를 피복하여 제작되는 부극 활물질 입자는 도전성이 우수하다.Moreover, although the negative electrode active material particle|grains are produced, you may have the process of coat|covering a carbon material further to a silicon compound particle. The carbon material coating process can be performed before the Li insertion process. The negative electrode active material particle|grains produced by coat|covering the carbon material on the surface of the silicon compound particle|grains are excellent in electroconductivity.

보다 구체적으로는 이하와 같이 부극 활물질을 제조할 수 있다. 우선, 산화 규소 가스를 발생하는 원료를 불활성 가스의 존재 하, 감압 하에서 900℃ 내지 1600℃의 온도 범위에서 가열하고, 산화 규소 가스를 발생시킨다. 금속 규소 분말의 표면 산소 및 반응로 중의 미량 산소의 존재를 고려하면, 혼합 몰비가, 0.8<금속 규소 분말/이산화규소 분말<1.3의 범위인 것이 바람직하다.More specifically, the negative electrode active material can be manufactured as follows. First, a raw material for generating silicon oxide gas is heated in a temperature range of 900°C to 1600°C under reduced pressure in the presence of an inert gas to generate silicon oxide gas. Considering the surface oxygen of the metallic silicon powder and the presence of trace oxygen in the reaction furnace, it is preferable that the mixing molar ratio be in the range of 0.8<metal silicon powder/silicon dioxide powder<1.3.

발생한 산화 규소 가스는 흡착판 상에서 고체화되어 퇴적된다. 이어서, 반응로 내 온도를 100℃ 이하로 내린 상태에서 산화규소의 퇴적물을 취출하고, 볼 밀, 제트 밀 등을 사용하여 분쇄, 분말화를 행한다. 이상과 같이 하여, 규소 화합물 입자를 제작할 수 있다. 또한, 규소 화합물 입자 중의 Si 결정자는, 기화 온도의 변경, 또는, 생성 후의 열 처리로 제어할 수 있다.The generated silicon oxide gas is solidified and deposited on the suction plate. Next, the silicon oxide deposit is taken out in the state which lowered|reduced the internal temperature of a reaction furnace to 100 degrees C or less, and it grind|pulverizes and pulverizes using a ball mill, a jet mill, etc.. As described above, silicon compound particles can be produced. In addition, Si crystallites in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature or heat treatment after generation.

여기서, 규소 화합물 입자의 표층에 탄소재의 층을 생성해도 된다. 탄소재의 층을 생성하는 방법으로서는, 열분해 CVD법이 바람직하다. 열분해 CVD법으로 탄소재의 층을 생성하는 방법에 대하여 설명한다.Here, you may produce|generate the layer of a carbon material in the surface layer of a silicon compound particle. As a method of producing the carbon material layer, the thermal decomposition CVD method is preferable. A method for producing a carbon material layer by the thermal decomposition CVD method will be described.

우선, 규소 화합물 입자를 로 내에 세팅한다. 이어서, 로 내에 탄화수소 가스를 도입하고, 로 내 온도를 승온시킨다. 분해 온도는 특별히 한정되지 않지만, 1200℃ 이하가 바람직하고, 보다 바람직한 것은 950℃ 이하이다. 분해 온도를 1200℃ 이하로 함으로써, 규소 화합물 입자의 의도하지 않는 불균화를 억제할 수 있다. 소정의 온도까지 로 내 온도를 승온시킨 후에, 규소 화합물 입자의 표면에 탄소층을 생성한다. 이에 의해 부극 활물질 입자를 제조할 수 있다. 또한, 탄소재의 원료가 되는 탄화수소 가스는, 특별히 한정되지 않지만, CnHm 조성에 있어서 n≤3인 것이 바람직하다. n≤3이면, 제조 비용을 낮게 할 수 있고, 또한, 분해 생성물의 물성을 양호하게 할 수 있다.First, silicon compound particles are set in a furnace. Next, hydrocarbon gas is introduced into the furnace, and the temperature inside the furnace is raised. Although the decomposition temperature is not specifically limited, 1200 degrees C or less is preferable, More preferably, it is 950 degrees C or less. By setting the decomposition temperature to 1200°C or less, unintentional disproportionation of the silicon compound particles can be suppressed. After raising the furnace temperature to a predetermined temperature, a carbon layer is formed on the surface of the silicon compound particles. Thereby, negative electrode active material particle|grains can be manufactured. In addition, the hydrocarbon gas used as a raw material of a carbon material is although it does not specifically limit, It is preferable that n≤3 in C n H m composition. When n≤3, the manufacturing cost can be lowered and the physical properties of the decomposition product can be improved.

이어서, 상기와 같이 제작한 부극 활물질 입자에, Li를 삽입하여 개질한다. 이때, 부극 활물질 입자에 Li2SiO3, Li2Si2O5를 함유시킨다. Li의 삽입은, 예를 들어 열 도프법, 전기 화학법, 산화 환원법에 의해 행할 수 있지만, 산화 환원법에 의해 행하는 것이 바람직하다.Next, Li is inserted into the negative electrode active material particles produced as described above and modified. At this time, Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 are contained in the negative electrode active material particles. Insertion of Li can be performed by, for example, a thermal doping method, an electrochemical method, or an oxidation-reduction method, but is preferably performed by an oxidation-reduction method.

산화 환원법에 의한 개질에서는, 예를 들어 먼저, 에테르 용매에 리튬을 용해한 용액 A에 규소 활물질 입자를 침지함으로써, 리튬을 삽입할 수 있다. 이 용액 A에 추가로 다환 방향족 화합물 또는 직쇄 폴리페닐렌 화합물을 포함시켜도 된다. 리튬의 삽입 후, 다환 방향족 화합물이나 그의 유도체를 포함하는 용액 B에 규소 활물질 입자를 침지함으로써, 규소 활물질 입자로부터 활성의 리튬을 탈리할 수 있다. 이 용액 B의 용매는 예를 들어, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 알코올계 용매, 아민계 용매, 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 또는 용액 A에 침지시킨 후, 얻어진 규소 활물질 입자를 불활성 가스 하에서 열 처리해도 된다. 열 처리함으로써 Li 화합물을 안정화할 수 있다. 그 후, 알코올, 탄산리튬을 용해한 알카리수, 약산, 또는 순수 등으로 세정하는 방법 등으로 세정해도 된다.In the modification by the redox method, lithium can be inserted, for example, by first immersing the silicon active material particles in a solution A in which lithium is dissolved in an ether solvent. The solution A may further contain a polycyclic aromatic compound or a linear polyphenylene compound. After the insertion of lithium, active lithium can be desorbed from the silicon active material particles by immersing the silicon active material particles in a solution B containing a polycyclic aromatic compound or a derivative thereof. As the solvent of the solution B, for example, an ether-based solvent, a ketone-based solvent, an ester-based solvent, an alcohol-based solvent, an amine-based solvent, or a mixed solvent thereof can be used. Alternatively, after being immersed in the solution A, the obtained silicon active material particles may be heat-treated under an inert gas. The Li compound can be stabilized by heat treatment. After that, you may wash|clean by the method of washing|cleaning with alcohol, alkaline water which melt|dissolved lithium carbonate, weak acid, pure water, etc.

용액 A에 사용하는 에테르계 용매로서는, 디에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 또는 이들의 혼합 용매 등을 사용할 수 있다. 이 중에서도 특히 테트라히드로푸란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 용매는, 탈수되어 있는 것이 바람직하고, 탈산소되어 있는 것이 바람직하다.Examples of the ether solvent used in the solution A include diethyl ether, tert-butylmethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol. Dimethyl ether or a mixed solvent thereof may be used. Among these, it is particularly preferable to use tetrahydrofuran, dioxane and 1,2-dimethoxyethane. It is preferable that these solvents are dehydrated, and it is preferable that it is deoxygenated.

또한, 용액 A에 포함되는 다환 방향족 화합물로서는, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 펜타센, 피렌, 피센, 트리페닐렌, 코로넨, 크리센 및 이들의 유도체 중 1종 이상을 사용할 수 있고, 직쇄 폴리페닐렌 화합물로서는, 비페닐, 터페닐 및 이들의 유도체 중 1종 이상을 사용할 수 있다.In addition, as the polycyclic aromatic compound contained in solution A, at least one of naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, coronene, chrysene, and derivatives thereof can be used. , As the linear polyphenylene compound, at least one of biphenyl, terphenyl, and derivatives thereof can be used.

용액 B에 포함되는 다환 방향족 화합물로서는, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 펜타센, 피렌, 피센, 트리페닐렌, 코로넨, 크리센 및 이들의 유도체 중 1종 이상을 사용할 수 있다.As the polycyclic aromatic compound contained in the solution B, at least one of naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, coronene, chrysene, and derivatives thereof can be used.

또한, 용액 B의 에테르계 용매로서는, 디에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르 및 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르 등을 사용할 수 있다.Examples of the ether solvent for solution B include diethyl ether, tert-butylmethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, and tetraethylene glycol. Dimethyl ether and the like can be used.

케톤계 용매로서는, 아세톤, 아세토페논 등을 사용할 수 있다.As a ketone solvent, acetone, acetophenone, etc. can be used.

에스테르계 용매로서는, 포름산메틸, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필 및 아세트산이소프로필 등을 사용할 수 있다.As an ester solvent, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, etc. can be used.

알코올계 용매로서는, 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로필알코올 등을 사용할 수 있다.As an alcohol solvent, methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, etc. can be used.

아민계 용매로서는, 메틸아민, 에틸아민 및 에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다.As an amine solvent, methylamine, ethylamine, ethylenediamine, etc. can be used.

이어서, 개질 후의 부극 활물질 입자를 세정할 수 있다.Next, the modified negative electrode active material particles can be washed.

이어서, 세정 후의 부극 활물질 입자를 열 처리할 수 있다. 보다 구체적으로는, 열 처리는 Ar 분위기 하에서, 열 처리 온도는 500℃ 내지 750℃의 범위에서 행할 수 있다. 개질한 부극 활물질 입자를 열 처리함으로써, Li4SiO4를 Li2SiO3나 Li2Si2O5로 변환할 수 있다. 전기 화학법이나 산화 환원법에 의한 개질에서는, Li 실리케이트로서 Li4SiO4가 생성되기 쉽지만, 이 열 처리에 의해 Li4SiO4를 Li2SiO3나 Li2Si2O5로 변환하여, 피크 강도 A 또는 피크 강도 C가 가장 강하고, 또한, 피크 강도 A와 피크 강도 C가 상기 식 1의 관계를 만족시키도록 조정할 수도 있다. 이 경우, 열 처리 온도는 550℃ 이상 680℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이때의 열 처리 시간은 1시간 이상 24시간 이하로 할 수 있다. 또한, 이 방법으로 얻어진 Li 실리케이트는 완전하다고는 할 수 없지만 결정성을 갖는다.Next, the negative electrode active material particles after washing can be heat-treated. More specifically, the heat treatment can be performed in an Ar atmosphere, and the heat treatment temperature is in the range of 500°C to 750°C. By heat-treating the modified negative electrode active material particles, Li 4 SiO 4 can be converted into Li 2 SiO 3 or Li 2 Si 2 O 5 . In the modification by the electrochemical method or the redox method, Li 4 SiO 4 is easily produced as Li silicate, but by this heat treatment, Li 4 SiO 4 is converted into Li 2 SiO 3 or Li 2 Si 2 O 5 , and peak intensity A or peak intensity C is the strongest, and it can also be adjusted so that the peak intensity A and peak intensity C may satisfy the relationship of said Formula (1). In this case, as for the heat processing temperature, it is more preferable that they are 550 degreeC or more and 680 degrees C or less. The heat treatment time at this time can be made into 1 hour or more and 24 hours or less. In addition, although it cannot be said that the Li silicate obtained by this method is perfect, it has crystallinity.

이어서, 부극 활물질 입자로부터, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 피크 강도 A 또는 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 피크 강도 A와 피크 강도 C가 상기 식 1의 관계를 만족시키는 것을 선별한다. 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 측정은 상기의 측정 조건 하에서 행하면 된다.Next, from the negative electrode active material particles, the peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum, the peak intensity B derived from Si, the peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 , and SiO Among the peak intensities D derived from 2 , the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C satisfy the relationship of Formula 1 above. 29 The measurement of the Si-MAS-NMR spectrum may be performed under the above measurement conditions.

또한, 부극 활물질 입자의 선별은, 반드시 부극 활물질의 제조 때마다 행할 필요는 없고, 한번 피크 강도 A 또는 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 피크 강도 A와 피크 강도 C가 상기 식 1의 관계를 만족시키는 제조 조건을 알아내어 선택하면, 그 후는 그 선택된 조건과 동일 조건에서 부극 활물질을 제조할 수 있다.In addition, the selection of the negative electrode active material particles does not necessarily have to be performed every time the negative electrode active material is produced, and the peak intensity A or peak intensity C takes the strongest intensity once, and the peak intensity A and the peak intensity C represent the relationship of formula 1 above. If the manufacturing conditions to be satisfied are found and selected, thereafter, the negative electrode active material can be manufactured under the same conditions as the selected conditions.

이상과 같이 하여 제작한 부극 활물질을, 부극 결착제, 도전 보조제 등의 다른 재료와 혼합하여, 부극합제로 한 후에, 유기 용제 또는 물 등을 첨가하여 슬러리로 한다. 다음으로 부극 집전체의 표면에, 상기의 슬러리를 도포하고, 건조시켜서, 부극 활물질층을 형성한다. 이때, 필요에 따라 가열 프레스 등을 행해도 된다. 이상과 같이 하여, 부극을 제작할 수 있다.After mixing the negative electrode active material produced as mentioned above with other materials, such as a negative electrode binder and a conductive support agent, and setting it as a negative electrode mixture, an organic solvent, water, etc. are added and it is set as a slurry. Next, the said slurry is apply|coated on the surface of a negative electrode collector, and it is made to dry, and a negative electrode active material layer is formed. At this time, you may perform hot press etc. as needed. As described above, a negative electrode can be produced.

<리튬 이온 이차 전지><Lithium Ion Secondary Battery>

이어서, 본 발명의 리튬 이온 이차 전지에 대하여 설명한다. 본 발명의 리튬 이온 이차 전지는, 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 부극을 사용한 것이다. 여기에서는 구체예로서, 라미네이트 필름형의 리튬 이온 이차 전지를 예로 든다.Next, the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated. The lithium ion secondary battery of this invention uses the negative electrode containing the negative electrode active material of this invention. Here, as a specific example, the lithium ion secondary battery of a laminated film type is mentioned as an example.

[라미네이트 필름형의 리튬 이온 이차 전지의 구성][Configuration of Laminate Film Type Lithium Ion Secondary Battery]

도 2에 도시하는 라미네이트 필름형의 리튬 이온 이차 전지(20)는, 주로 시트상의 외장 부재(25)의 내부에 권회 전극체(21)가 수납된 것이다. 이 권회체는 정극, 부극 간에 세퍼레이터를 갖고, 권회된 것이다. 또한 정극, 부극 간에 세퍼레이터를 갖고 적층체를 수납한 경우도 존재한다. 어느 쪽의 전극체에 있어서도, 정극에 정극 리드(22)가 설치되고, 부극에 부극 리드(23)가 설치되어 있다. 전극체의 최외주부는 보호 테이프에 의해 보호되어 있다.In the laminate film-type lithium ion secondary battery 20 shown in FIG. 2 , the wound electrode body 21 is mainly housed inside the sheet-shaped exterior member 25 . This wound body has a separator between the positive electrode and the negative electrode, and is wound. Moreover, there exists a case where a laminated body is accommodated with a separator between a positive electrode and a negative electrode. In either electrode body, the positive electrode lead 22 is provided on the positive electrode, and the negative electrode lead 23 is provided on the negative electrode. The outermost periphery of the electrode body is protected by a protective tape.

정부극 리드는, 예를 들어 외장 부재(25)의 내부로부터 외부를 향하여 일방향으로 도출되어 있다. 정극 리드(22)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 형성되고, 부극 리드(23)는, 예를 들어 니켈, 구리 등의 도전성 재료에 의해 형성된다.The positive and negative electrode leads are led out in one direction from the inside of the exterior member 25 to the outside, for example. The positive electrode lead 22 is formed of, for example, a conductive material such as aluminum, and the negative electrode lead 23 is formed of, for example, a conductive material such as nickel and copper.

외장 부재(25)는, 예를 들어 융착층, 금속층, 표면 보호층이 이 순서대로 적층된 라미네이트 필름이고, 이 라미네이트 필름은 융착층이 전극체(21)과 대향하도록, 2매의 필름의 융착층에 있어서의 외주연부끼리가 융착, 또는, 접착제 등으로 맞대게 하고 있다. 융착부는, 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 필름이고, 금속부는 알루미늄박 등이다. 보호층은 예를 들어, 나일론 등이다.The exterior member 25 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protection layer are laminated in this order. The outer periphery parts in the layer are made to face each other by fusion bonding, an adhesive agent, or the like. The fusion portion is, for example, a film such as polyethylene or polypropylene, and the metal portion is aluminum foil or the like. The protective layer is, for example, nylon or the like.

외장 부재(25)와 정부극 리드 사이에는, 외기 침입 방지를 위해 밀착 필름(24)이 삽입되어 있다. 이 재료는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 수지이다.An adhesive film 24 is inserted between the exterior member 25 and the positive and negative electrode leads to prevent intrusion of outside air. The material is, for example, polyethylene, polypropylene, or polyolefin resin.

[정극][Positive Pole]

정극은, 예를 들어 도 1의 부극(10)과 동일하게, 정극 집전체의 양면 또는 편면에 정극 활물질층을 갖고 있다.The positive electrode has, for example, a positive electrode active material layer on both sides or one side of the positive electrode current collector, similarly to the negative electrode 10 of FIG. 1 .

정극 집전체는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성재에 의해 형성되어 있다.The positive electrode current collector is made of, for example, a conductive material such as aluminum.

정극 활물질층은, 리튬 이온의 흡장 방출 가능한 정극재 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있고, 설계에 따라서 결착제, 도전 보조제, 분산제 등의 다른 재료를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 결착제, 도전 보조제에 관한 상세는, 예를 들어 이미 기술한 부극 결착제, 부극 도전 보조제와 동일하다.The positive electrode active material layer contains any one or two or more types of positive electrode materials capable of intercalating and releasing lithium ions, and may contain other materials such as a binder, a conductive aid, and a dispersant according to design. In this case, the detail regarding a binder and a conductive support agent is the same as that of the negative electrode binder and negative electrode conductive support agent which were already described, for example.

정극 재료로서는, 리튬 함유 화합물이 바람직하다. 이 리튬 함유 화합물은, 예를 들어 리튬과 전이 금속 원소를 포함하는 복합 산화물, 또는 리튬과 전이 금속 원소를 갖는 인산 화합물을 들 수 있다. 이들의 정극재 중에서도 니켈, 철, 망간, 코발트 중 적어도 1종 이상을 갖는 화합물이 바람직하다. 이들의 화학식으로서, 예를 들어 LixM1O2 혹은 LiyM2PO4로 표시된다. 식 중, M1, M2는 적어도 1종 이상의 전이 금속 원소를 나타낸다. x, y의 값은 전지 충방전 상태에 따라 상이한 값을 나타내지만, 일반적으로 0.05≤x≤1.10, 0.05≤y≤1.10으로 나타난다.As the positive electrode material, a lithium-containing compound is preferable. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element. Among these positive electrode materials, a compound having at least one or more of nickel, iron, manganese and cobalt is preferable. As these chemical formulas, they are represented, for example by Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent at least one or more transition metal elements. The values of x and y show different values depending on the battery charge/discharge state, but are generally expressed as 0.05≤x≤1.10 and 0.05≤y≤1.10.

리튬과 전이 금속 원소를 갖는 복합 산화물로서는, 예를 들어 리튬 코발트 복합 산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 복합 산화물(LixNiO2) 등을 들 수 있다. 리튬과 전이 금속 원소를 갖는 인산 화합물로서는, 예를 들어 리튬 철 인산 화합물(LiFePO4) 혹은 리튬 철 망간 인산 화합물(LiFe1-uMnuPO4(0<u<1)) 등을 들 수 있다. 이들의 정극재를 사용하면, 높은 전지 용량이 얻어짐과 함께, 우수한 사이클 특성도 얻어지기 때문이다.Examples of the composite oxide having lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and the like. Examples of the phosphate compound having lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (0<u<1)). . This is because, when these positive electrode materials are used, high battery capacity is obtained and excellent cycle characteristics are also obtained.

[부극][Negative pole]

부극은, 상기한 도 1의 리튬 이온 이차 전지용 부극(10)과 동일한 구성을 갖고, 예를 들어 집전체(11)의 양면에 부극 활물질층(12)을 갖고 있다. 이 부극은, 정극 활물질제로부터 얻어지는 전기 용량(전지로서 충전 용량)에 대하여, 부극 충전 용량이 커지는 것이 바람직하다. 부극 상에서의 리튬 금속의 석출을 억제할 수 있기 때문이다.A negative electrode has the same structure as the negative electrode 10 for lithium ion secondary batteries of FIG. 1 mentioned above, and has the negative electrode active material layer 12 on both surfaces of the electrical power collector 11, for example. It is preferable that this negative electrode has a large negative electrode charging capacity with respect to the electric capacity (charging capacity as a battery) obtained from the positive electrode active material. This is because precipitation of lithium metal on the negative electrode can be suppressed.

정극 활물질층은, 정극 집전체의 양면 일부에 설치되어 있고, 부극 활물질층도 부극 집전체의 양면 일부에 설치되어 있다. 이 경우, 예를 들어 부극 집전체 상에 설치된 부극 활물질층은 대향하는 정극 활물질층이 존재하지 않는 영역이 설치되어 있다. 이것은, 안정된 전지 설계를 행하기 위해서이다.The positive electrode active material layer is provided on a part of both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is also provided on a part of both surfaces of the negative electrode current collector. In this case, for example, in the negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector, a region in which the opposite positive electrode active material layer does not exist is provided. This is for performing stable battery design.

비대향 영역, 즉, 상기의 부극 활물질층과 정극 활물질층이 대향하지 않는 영역에서는, 충방전의 영향을 거의 받을 일이 없다. 그 때문에 부극 활물질층의 상태가 형성 직후인 채로 유지된다. 이에 의해 부극 활물질의 조성 등, 충방전의 유무에 의존하지 않고 재현성 좋게 조성 등을 정확하게 조사할 수 있다.In a non-opposite region, that is, in a region where the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer do not face each other, the influence of charging and discharging is hardly affected. Therefore, the state of the negative electrode active material layer is maintained immediately after formation. Thereby, the composition etc. can be accurately investigated with good reproducibility, irrespective of the presence or absence of charging/discharging, such as a composition of a negative electrode active material.

[세퍼레이터][Separator]

세퍼레이터는 정극, 부극을 격리하고, 양극 접촉에 수반하는 전류 단락을 방지하면서, 리튬 이온을 통과시키는 것이다. 이 세퍼레이터는, 예를 들어 합성 수지, 혹은 세라믹을 포함하는 다공질막에 의해 형성되어 있고, 2종 이상의 다공질막이 적층된 적층 구조를 가져도 된다. 합성 수지로서 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등을 들 수 있다.A separator separates a positive electrode and a negative electrode, and allows lithium ions to pass while preventing the electric current short circuit accompanying positive electrode contact. This separator is formed of, for example, a porous film containing a synthetic resin or ceramic, and may have a laminated structure in which two or more types of porous films are laminated. As a synthetic resin, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, etc. are mentioned, for example.

[전해액][electrolyte]

활물질층의 적어도 일부, 또는, 세퍼레이터에는 액상의 전해질(전해액)이 함침되어 있다. 이 전해액은, 용매 중에 전해질염이 용해되어 있고, 첨가제 등 다른 재료를 포함하고 있어도 된다.At least a part of the active material layer or the separator is impregnated with a liquid electrolyte (electrolyte solution). In this electrolyte solution, the electrolyte salt is melt|dissolved in the solvent, and it may contain other materials, such as an additive.

용매는, 예를 들어 비수 용매를 사용할 수 있다. 비수 용매로서는, 예를 들어 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산부틸렌, 탄산디메틸, 탄산디에틸, 탄산에틸메틸, 탄산메틸프로필, 1,2-디메톡시에탄 또는 테트라히드로푸란 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산디메틸, 탄산디에틸, 탄산에틸메틸 중 적어도 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 더 좋은 특성이 얻어지기 때문이다. 또한 이 경우, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌 등의 고점도 용매와, 탄산디메틸, 탄산에틸메틸, 탄산디에틸 등의 저점도 용매를 조합함으로써, 보다 우위의 특성을 얻을 수 있다. 전해질염의 해리성이나 이온 이동도가 향상되기 때문이다.The solvent can use a non-aqueous solvent, for example. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane or tetrahydrofuran. Among these, it is preferable to use at least one or more of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. This is because better characteristics are obtained. In this case, more superior characteristics can be obtained by combining a high-viscosity solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate with a low-viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, or diethyl carbonate. This is because the dissociation properties and ion mobility of the electrolyte salt are improved.

합금계 부극을 사용하는 경우, 특히 용매로서, 할로겐화 쇄상 탄산에스테르, 또는, 할로겐화 환상 탄산에스테르 중 적어도 1종을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 충방전 시, 특히 충전 시에 있어서, 부극 활물질 표면에 안정된 피막이 형성된다. 여기서, 할로겐화 쇄상 탄산에스테르란, 할로겐을 구성 원소로서 갖는(적어도 하나의 수소가 할로겐에 의해 치환된) 쇄상 탄산에스테르이다. 또한, 할로겐화 환상 탄산에스테르란, 할로겐을 구성 원소로서 갖는(즉, 적어도 하나의 수소가 할로겐에 의해 치환된) 환상 탄산에스테르이다.When using an alloy-type negative electrode, it is preferable especially as a solvent to contain at least 1 sort(s) of a halogenated chain carbonate ester and a halogenated cyclic carbonate ester. As a result, a stable film is formed on the surface of the negative electrode active material during charging and discharging, particularly during charging. Here, the halogenated chain carbonate ester is a chain carbonate ester having a halogen as a constituent element (at least one hydrogen is substituted with a halogen). In addition, halogenated cyclic carbonate ester is cyclic carbonate ester which has halogen as a structural element (that is, at least 1 hydrogen was substituted by halogen).

할로겐의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 불소가 바람직하다. 이것은, 다른 할로겐보다도 양질의 피막을 형성하기 때문이다. 또한, 할로겐수는 많을수록 바람직하다. 이것은, 얻어지는 피막이 보다 안정적이고, 전해액의 분해 반응이 저감되기 때문이다.Although the kind of halogen is not specifically limited, Fluorine is preferable. This is because it forms a film of better quality than other halogens. Moreover, it is so preferable that there are many halogen numbers. This is because the film obtained is more stable and the decomposition reaction of electrolyte solution is reduced.

할로겐화 쇄상 탄산에스테르는, 예를 들어 탄산플루오로메틸메틸, 탄산디플루오로메틸메틸 등을 들 수 있다. 할로겐화 환상 탄산에스테르로서는, 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온 등을 들 수 있다.Examples of the halogenated chain carbonate ester include fluoromethylmethyl carbonate and difluoromethylmethyl carbonate. Examples of the halogenated cyclic carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one.

용매 첨가물로서, 불포화 탄소 결합 환상 탄산에스테르를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 충방전 시에 부극 표면에 안정된 피막이 형성되고, 전해액의 분해 반응을 억제할 수 있기 때문이다. 불포화 탄소 결합 환상 탄산에스테르로서, 예를 들어 탄산비닐렌 또는 탄산비닐에틸렌 등을 들 수 있다.As a solvent additive, it is preferable to contain the unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate ester. This is because a stable film is formed on the surface of the negative electrode during charging and discharging, and the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed. As unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate ester, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, etc. are mentioned, for example.

또한, 용매 첨가물로서, 술톤(환상 술폰산에스테르)을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 전지의 화학적 안정성이 향상되기 때문이다. 술톤으로서는, 예를 들어 프로판술톤, 프로펜술톤을 들 수 있다.Moreover, it is preferable that the sultone (cyclic sulfonic acid ester) is included as a solvent additive. This is because the chemical stability of the battery is improved. Examples of the sultone include propane sultone and propene sultone.

또한, 용매는, 산 무수물을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 전해액의 화학적 안정성이 향상되기 때문이다. 산 무수물로서는, 예를 들어 프로판디술폰산 무수물을 들 수 있다.Moreover, it is preferable that the solvent contains the acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolyte is improved. As an acid anhydride, propanedisulfonic acid anhydride is mentioned, for example.

전해질염은, 예를 들어 리튬염 등의 경금속염 중 어느 1종 이상 포함할 수 있다. 리튬염으로서, 예를 들어 육불화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4) 등을 들 수 있다.The electrolyte salt may include, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).

전해질염의 함유량은, 용매에 대하여 0.5mol/kg 이상 2.5mol/kg 이하인 것이 바람직하다. 높은 이온 전도성이 얻어지기 때문이다.It is preferable that content of electrolyte salt is 0.5 mol/kg or more and 2.5 mol/kg or less with respect to a solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.

[라미네이트 필름형 이차 전지의 제조 방법][Manufacturing method of laminated film type secondary battery]

본 발명에서는, 상기의 본 발명의 부극 활물질의 제조 방법에 의해 제조한 부극 활물질을 사용하여 부극을 제작하고, 해당 제작한 부극을 사용하여 리튬 이온 이차 전지를 제조한다.In this invention, a negative electrode is produced using the negative electrode active material manufactured by the manufacturing method of the negative electrode active material of said this invention, and a lithium ion secondary battery is manufactured using this produced negative electrode.

최초에 상기한 정극재를 사용하여 정극 전극을 제작한다. 먼저, 정극 활물질과, 필요에 따라 결착제, 도전 보조제 등을 혼합하여 정극합제로 한 뒤, 유기 용제에 분산시켜 정극합제 슬러리로 한다. 계속해서, 나이프 롤 또는 다이헤드를 갖는 다이 코터 등의 코팅 장치로 정극 집전체에 합제 슬러리를 도포하고, 열풍 건조시켜서 정극 활물질층을 얻는다. 마지막으로, 롤 프레스기 등으로 정극 활물질층을 압축 성형한다. 이때, 가열해도 되고, 또한 가열 또는 압축을 복수회 반복해도 된다.First, a positive electrode is produced using the above-described positive electrode material. First, a positive electrode active material and, if necessary, a binder, a conductive auxiliary agent, etc. are mixed to form a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to obtain a positive electrode mixture slurry. Then, the mixture slurry is apply|coated to a positive electrode collector with coating apparatus, such as a die coater which has a knife roll or a die head, and it is made to dry with hot air, and a positive electrode active material layer is obtained. Finally, the positive electrode active material layer is compression-molded with a roll press machine or the like. At this time, you may heat and you may repeat heating or compression in multiple times.

이어서, 상기한 리튬 이온 이차 전지용 부극(10)의 제작과 동일한 작업 수순을 사용하여, 부극 집전체에 부극 활물질층을 형성하고 부극을 제작한다.Next, a negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector and a negative electrode is produced using the same operation procedure as that of the above-described negative electrode 10 for lithium ion secondary battery.

정극 및 부극을 제작할 때에, 정극 및 부극 집전체의 양면에 각각의 활물질층을 형성한다. 이때, 어느 쪽의 전극에 있어서도 양면부의 활물질 도포 길이가 어긋나 있어도 된다(도 1을 참조).When producing the positive electrode and the negative electrode, each active material layer is formed on both surfaces of the positive electrode and the negative electrode current collector. At this time, in either electrode, the active material application length may shift|deviate from both surfaces (refer FIG. 1).

계속해서, 전해액을 조정한다. 계속해서, 초음파 용접 등에 의해, 도 2와 같이 정극 집전체에 정극 리드(22)를 설치함과 동시에, 부극 집전체에 부극 리드(23)를 설치한다. 계속해서, 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 적층, 또는 권회시켜서 권회 전극체(21)를 제작하고, 그 최외주부에 보호 테이프를 접착시킨다. 이어서, 편평한 형상이 되도록 권회체를 성형한다. 계속해서, 접은 필름상의 외장 부재(25) 사이에 권회 전극체를 끼워 넣은 후, 열 융착법에 의해 외장 부재의 절연부끼리를 접착시켜, 일방향만 해방 상태에서, 권회 전극체를 봉입한다. 정극 리드 및 부극 리드와 외장 부재 사이에 밀착 필름을 삽입한다. 해방부에서 상기 조정한 전해액을 소정량 투입하고, 진공 함침을 행한다. 함침 후, 해방부를 진공 열 융착법에 의해 접착시킨다. 이상과 같이 하여, 라미네이트 필름형의 리튬 이온 이차 전지(20)를 제조할 수 있다.Then, the electrolyte is adjusted. Then, by ultrasonic welding or the like, the positive electrode lead 22 is provided on the positive electrode current collector as shown in FIG. 2 and the negative electrode lead 23 is attached on the negative electrode current collector. Then, the positive electrode and the negative electrode are laminated or wound through a separator to produce the wound electrode body 21, and a protective tape is adhered to the outermost periphery thereof. Next, the wound body is molded so as to have a flat shape. Then, after the wound electrode body is sandwiched between the folded film-shaped packaging members 25, the insulating portions of the packaging members are adhered to each other by a thermal fusion method, and the wound electrode body is sealed in a released state in only one direction. An adhesive film is inserted between the positive electrode lead and the negative electrode lead and the exterior member. A predetermined amount of the above-adjusted electrolyte solution is injected in the release unit, and vacuum impregnation is performed. After impregnation, the release portion is adhered by vacuum heat sealing method. As mentioned above, the lithium ion secondary battery 20 of a laminate film type can be manufactured.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.

(실시예 1-1)(Example 1-1)

이하의 수순에 의해, 도 2에 도시한 라미네이트 필름형 리튬 이차 전지(20)를 제작하였다.The laminated film type lithium secondary battery 20 shown in FIG. 2 was produced by the following procedure.

최초에 정극을 제작하였다. 정극 활물질은 리튬 니켈 코발트 알루미늄 복합 산화물(NCA)인 LiNi0.7Co0.25Al0.05O를 95질량%와, 정극 도전 보조제 2.5질량%와, 정극 결착제(폴리불화비닐리덴: PVDF) 2.5질량%를 혼합하고, 정극합제로 하였다. 계속하여 정극합제를 유기 용제(N-메틸-2-피롤리돈: NMP)에 분산시켜서 페이스트상의 슬러리로 하였다. 계속하여 다이헤드를 갖는 코팅 장치로 정극 집전체의 양면에 슬러리를 도포하고, 열풍식 건조 장치로 건조하였다. 이때 정극 집전체는 두께 20㎛의 것을 사용하였다. 마지막으로 롤 프레스로 압축 성형을 행하였다.First, a positive electrode was produced. The positive electrode active material is LiNi 0.7 Co 0.25 Al 0.05 O, which is a lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (NCA), 95% by mass, 2.5% by mass of a positive electrode conductive aid, and 2.5% by mass of a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride: PVDF) mixed And it was set as the positive electrode mixture. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like slurry. Subsequently, the slurry was applied to both surfaces of the positive electrode current collector with a coating device having a die head, and dried with a hot air drying device. In this case, a positive electrode current collector having a thickness of 20 μm was used. Finally, compression molding was performed by a roll press.

다음으로 부극을 제작하였다. 먼저, 부극 활물질을 이하와 같이 하여 제작하였다. 금속 규소와 이산화규소를 혼합한 원료를 반응 로에 도입하고, 10Pa의 진공도의 분위기 중에서 기화시킨 것을 흡착판 상에 퇴적시켜, 충분히 냉각한 후, 퇴적물을 취출하여 볼 밀로 분쇄하였다. 이와 같이 하여 얻은 규소 화합물 입자의 SiOx의 x의 값은 1.0이었다. 계속해서, 규소 화합물 입자의 입경을 분급에 의해 조정하였다. 그 후, 열분해 CVD를 행함으로써, 규소 화합물 입자의 표면에 탄소재를 피복하였다. 탄소재의 평균 두께는 100nm였다.Next, a negative electrode was manufactured. First, the negative electrode active material was produced as follows. A raw material in which metallic silicon and silicon dioxide were mixed was introduced into a reaction furnace, and the vaporized material was deposited on a suction plate in an atmosphere of a vacuum degree of 10 Pa. After cooling sufficiently, the deposit was taken out and pulverized with a ball mill. As such a silicon compound SiO x value of x of the particles obtained was 1.0. Then, the particle size of the silicon compound particle was adjusted by classification. Then, the carbon material was coat|covered on the surface of the silicon compound particle by performing thermal decomposition CVD. The average thickness of the carbon material was 100 nm.

이어서, 탄소재를 피복한 규소 화합물에 대하여 산화 환원법에 의해 규소 화합물 입자에 리튬을 삽입하여 개질하였다. 이 경우, 먼저, 부극 활물질 입자를, 리튬편과, 방향족 화합물인 나프탈렌을 테트라히드로푸란(이하, THF라고 호칭함)에 용해시킨 용액(용액 C)에 침지하였다. 이 용액 C는, THF 용매에 나프탈렌을 0.2mol/L의 농도로 용해시킨 뒤에, 이 THF와 나프탈렌의 혼합액에 대하여 10질량%의 질량 분의 리튬편을 가함으로써 제작하였다. 또한, 부극 활물질 입자를 침지할 때의 용액 온도는 20℃에서, 침지 시간은 20시간으로 하였다. 그 후, 부극 활물질 입자를 여과 취출하였다. 이상의 처리에 의해 부극 활물질 입자에 리튬을 삽입하였다.Next, the silicon compound coated with the carbon material was reformed by inserting lithium into the silicon compound particles by an oxidation-reduction method. In this case, first, the negative electrode active material particles were immersed in a solution (solution C) in which lithium pieces and naphthalene, which is an aromatic compound, were dissolved in tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF). This solution C was prepared by dissolving naphthalene in a THF solvent at a concentration of 0.2 mol/L, and then adding a lithium piece for a mass of 10% by mass to the mixed solution of THF and naphthalene. In addition, the solution temperature at the time of immersing the negative electrode active material particle|grains was 20 degreeC, and the immersion time was 20 hours. Thereafter, the negative electrode active material particles were taken out by filtration. Lithium was inserted into the negative electrode active material particles by the above treatment.

이어서, 부극 활물질 입자를 세정 처리하고, 세정 처리 후의 규소 화합물 입자를 Ar 분위기 하에서 열 처리하였다. 이때, 600℃에서 열 처리를 행하였다. 열 처리 시간은 3시간으로 하였다. 이상의 처리에 의해, 규소 화합물 입자에, 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 생성하였다.Next, the negative electrode active material particles were washed, and the silicon compound particles after washing were heat-treated in an Ar atmosphere. At this time, it heat-processed at 600 degreeC. The heat treatment time was 3 hours. By the above treatment, crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 were produced in the silicon compound particles.

이어서, 이와 같이 하여 제작한 부극 활물질 입자의 29Si-MAS-NMR 스펙트럼을 측정하였다. 실시예 1-1의 29Si-MAS-NMR 스펙트럼을 도 4에 도시하였다. 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서 베이스 라인을 설정하고, 피크 강도를 산출한 바, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A가 가장 강한 피크였다. 이것은 Li2SiO3, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 A와 피크 강도 C의 적어도 한쪽이 가장 강한 피크인 것을 만족시키고 있다. 또한, A는 -75ppm 부근, B는 -86ppm 부근, C는 -93ppm 부근, D는 -110ppm 부근에 나타나는 피크의 강도이다. 피크 강도의 관계는, A=1.66C이고(식 1) C/3≤A≤3C를 만족시키고 있었다. 또한, A+C는 B+D의 4.26배이고, A와 C의 합은, B와 D의 합에 대하여 4배 이상의 값이었다. 또한, B>D였다. 또한, 부극 활물질 입자 중의 Li 실리케이트의 결정성은 X선 회절에 의해 확인할 수 있었다. 도 5에 X선 회절에 의해 얻어진 스펙트럼을 나타내었다. 2θ=18.5° 부근에 나타나는 피크가 Li2SiO3에서 유래되는 것이고, 2θ=24.6° 부근에 나타나는 피크가 Li2Si2O5에서 유래되는 피크이다. Next, the 29 Si-MAS-NMR spectrum of the negative electrode active material particles produced in this way was measured. The 29 Si-MAS-NMR spectrum of Example 1-1 is shown in FIG. 4 . In the 29 Si-MAS-NMR spectrum, when a baseline was set and peak intensity was calculated, the peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 was the strongest peak. This satisfies that at least one of the peak intensity A and the peak intensity C derived from Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 is the strongest peak. In addition, A is the intensity of a peak that appears around -75 ppm, B is around -86 ppm, C is near -93 ppm, and D is near -110 ppm. The relationship between the peak intensities was A=1.66C (Formula 1), satisfying C/3≤A≤3C. In addition, A+C was 4.26 times that of B+D, and the sum of A and C was 4 times or more with respect to the sum of B and D. Also, B>D. In addition, the crystallinity of Li silicate in the negative electrode active material particles was confirmed by X-ray diffraction. 5 shows a spectrum obtained by X-ray diffraction. A peak appearing near 2θ=18.5° is derived from Li 2 SiO 3 , and a peak appearing near 2θ=24.6° is a peak derived from Li 2 Si 2 O 5 .

또한, 부극 활물질 입자는, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 2.26°, Si(111)의 결정면에 대응하는 결정자 크기는 3.8nm였다.In addition, the negative electrode active material particles have a half width (2θ) of the diffraction peak resulting from the Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using Cu-Kα ray of 2.26°, and the crystallite size corresponding to the crystal plane of Si(111). was 3.8 nm.

또한, 29Si-MAS-NMR 측정에서는, 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 위치에도 피크가 얻어졌다. 이 피크도 비정질 규소에서 유래되는 피크라고 추측된다.Further, in the 29 Si-MAS-NMR measurement, a peak was also obtained at a position where the chemical shift value was around -130 ppm. This peak is also estimated to be a peak derived from amorphous silicon.

부극 활물질 입자의 메디안 직경은 4㎛였다.The median diameter of the negative electrode active material particles was 4 µm.

또한, 여기서는, 부극 활물질 입자를 포함하는 수계 슬러리의 안정성을 평가하기 위해서, 제작한 부극합제 슬러리의 일부를 이차 전지의 제작용의 것과는 별도로 30g 취출하고, 20℃에서 보존하여, 부극합제 슬러리 제작 후로부터 가스 발생까지의 시간을 측정하였다.Here, in order to evaluate the stability of the aqueous slurry containing the negative electrode active material particles, 30 g of a part of the prepared negative electrode mixture slurry is taken out separately from that for secondary battery production, and stored at 20 ° C., after the negative electrode mixture slurry is prepared The time from to gas generation was measured.

이상과 같이 하여 제작한 부극 활물질 입자(규소계 부극 활물질)와, 탄소계 활물질을 1:9의 질량비로 배합하고, 부극 활물질을 제작하였다. 여기서, 탄소계 활물질로서는, 피치층으로 피복한 천연 흑연 및 인조 흑연을 5:5의 질량비로 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 탄소계 활물질의 메디안 직경은 20㎛였다.The negative electrode active material particles (silicon-based negative electrode active material) produced as described above and the carbon-based active material were blended in a mass ratio of 1:9 to prepare a negative electrode active material. Here, as the carbon-based active material, a mixture of natural graphite and artificial graphite coated with a pitch layer in a mass ratio of 5:5 was used. In addition, the median diameter of the carbon-based active material was 20 µm.

이어서, 제작한 부극 활물질, 도전 보조제 1(카본 나노 튜브, CNT), 도전 보조제 2(메디안 직경이 약 50nm의 탄소 미립자), 스티렌부타디엔 고무(스티렌부타디엔 공중합체, 이하, SBR이라고 칭함), 카르복시메틸셀룰로오스(이하, CMC라고 칭함)를 92.5:1:1:2.5:3의 건조 질량비로 혼합한 후, 순수로 희석하여 부극합제 슬러리로 하였다. 또한, 상기의 SBR, CMC는 부극 결합제(부극 결착제)이다.Next, the prepared negative electrode active material, conductive aid 1 (carbon nanotube, CNT), conductive aid 2 (carbon fine particles with a median diameter of about 50 nm), styrene-butadiene rubber (styrene-butadiene copolymer, hereinafter referred to as SBR), carboxymethyl Cellulose (hereinafter referred to as CMC) was mixed in a dry mass ratio of 92.5:1:1:2.5:3, and then diluted with pure water to obtain a negative electrode mixture slurry. In addition, the above SBR and CMC are negative electrode binders (negative electrode binders).

또한, 부극 집전체로서는, 두께 15㎛의 전해 구리박을 사용하였다. 이 전해 구리박에는, 탄소 및 황이 각각 70질량ppm의 농도로 포함되어 있었다. 마지막으로, 부극합제 슬러리를 부극 집전체에 도포하고 진공 분위기 중에서 100℃×1시간의 건조를 행하였다. 건조 후의, 부극의 편면에 있어서의 단위 면적당의 부극 활물질층의 퇴적량(면적 밀도라고도 칭함)은 5mg/㎠였다.In addition, as the negative electrode current collector, an electrolytic copper foil having a thickness of 15 µm was used. In this electrolytic copper foil, carbon and sulfur were each contained in the density|concentration of 70 mass ppm. Finally, the negative electrode mixture slurry was applied to the negative electrode current collector and dried at 100° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. After drying, the deposition amount (also referred to as an areal density) of the negative electrode active material layer per unit area on one side of the negative electrode was 5 mg/cm 2 .

이어서, 용매(4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온(FEC), 에틸렌카르보네이트(EC) 및 디메틸카르보네이트(DMC))를 혼합한 후, 전해질염(육불화인산리튬: LiPF6)을 용해시켜서 전해액을 제조하였다. 이 경우에는, 용매의 조성을 부피비로 FEC:EC:DMC=10:20:70으로 하고, 전해질염의 함유량을 용매에 대하여 1.2mol/kg으로 하였다.Then, after mixing the solvent (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC)), the electrolyte salt (hexafluorophosphoric acid) Lithium: LiPF 6 ) was dissolved to prepare an electrolyte solution. In this case, the composition of the solvent was set to FEC:EC:DMC=10:20:70 by volume ratio, and the content of the electrolyte salt was 1.2 mol/kg with respect to the solvent.

이어서, 이하와 같이 하여 이차 전지를 조립하였다. 최초에, 정극 집전체의 일단부에 알루미늄 리드를 초음파 용접하고, 부극 집전체의 일단부에는 니켈 리드를 용접하였다. 계속해서, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터를 이 순서대로 적층하고, 길이 방향으로 권회시켜 권회 전극체를 얻었다. 그 감음 종료 부분을 PET 보호 테이프로 고정하였다. 세퍼레이터는 다공성 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 필름에 의해 다공성 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 필름에 끼워진 적층 필름(두께 12㎛)을 사용하였다. 계속해서, 외장 부재 간에 전극체를 끼운 후, 1변을 제외한 외주연부끼리를 열 융착하고, 내부에 전극체를 수납하였다. 외장 부재는 나일론 필름, 알루미늄박, 및 폴리프로필렌 필름이 적층된 알루미늄 적층 필름을 사용하였다. 계속해서, 개구부로부터 조정한 전해액을 주입하고, 진공 분위기 하에서 함침한 후, 열 융착하고, 밀봉하였다.Next, a secondary battery was assembled as follows. First, an aluminum lead was ultrasonically welded to one end of the positive electrode current collector, and a nickel lead was welded to one end of the negative electrode current collector. Then, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode body. The winding end part was fixed with PET masking tape. For the separator, a laminated film (thickness of 12 mu m) sandwiched by a film containing porous polyethylene as a main component by a film containing porous polypropylene as a main component was used. Then, after sandwiching the electrode body between the exterior members, the outer periphery except for one side were thermally fused to each other, and the electrode body was housed therein. As the exterior member, an aluminum laminate film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polypropylene film are laminated was used. Then, the adjusted electrolyte solution was poured from the opening part, and after impregnating in a vacuum atmosphere, it heat-sealed and sealed.

이상과 같이 하여 제작한 이차 전지의 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 평가하였다.The cycle characteristics and first time charging/discharging characteristics of the secondary battery produced as mentioned above were evaluated.

사이클 특성에 대해서는, 이하와 같이 하여 조사하였다. 최초에, 전지 안정화를 위해 25℃의 분위기 하에서, 0.2C로 2사이클 충방전을 행하고, 2사이클째의 방전 용량을 측정하였다. 계속해서, 총 사이클수가 499사이클이 될 때까지 충방전을 행하고, 그 때마다 방전 용량을 측정하였다. 마지막으로, 0.2C 충방전으로 얻어진 500사이클째의 방전 용량을 2사이클째의 방전 용량으로 나누고, 용량 유지율(이하, 간단히 유지율이라고도 함)을 산출하였다. 통상 사이클, 즉 3사이클째로부터 499사이클째까지는, 충전 0.7C, 방전 0.5C로 충방전을 행하였다.Cycle characteristics were investigated as follows. First, for battery stabilization, two cycles of charging and discharging were performed at 0.2 C under an atmosphere of 25°C, and the discharge capacity of the second cycle was measured. Then, charging and discharging were performed until the total number of cycles became 499 cycles, and the discharge capacity was measured each time. Finally, the discharge capacity at the 500th cycle obtained by 0.2C charge/discharge was divided by the discharge capacity at the 2nd cycle to calculate the capacity retention ratio (hereinafter, simply referred to as retention ratio). In the normal cycle, that is, from the 3rd cycle to the 499th cycle, charging and discharging were performed at 0.7C of charge and 0.5C of discharge.

첫회 충방전 특성을 조사하는 경우에는, 첫회 효율(이하에서는 초기 효율이라고 칭하는 경우도 있음)을 산출하였다. 첫회 효율은, 첫회 효율(%)=(첫회 방전 용량/첫회 충전 용량)×100으로 표시되는 식으로부터 산출하였다. 분위기, 온도는, 사이클 특성을 조사한 경우와 동일하게 하였다.When examining the first time charge/discharge characteristic, the first time efficiency (it may be called initial stage efficiency below) was computed. First time efficiency was computed from the formula represented by first time efficiency (%) = (first time discharge capacity/first time charge capacity) *100. The atmosphere and temperature were the same as those in the case where cycle characteristics were investigated.

또한, 상기와 같이 제작한 부극과 대향 전극 리튬으로부터, 2032 사이즈의 코인 전지형의 시험 셀을 제작하고, 그 방전 거동을 평가하였다. 보다 구체적으로는, 먼저 대향 전극 Li에서 0V까지 정전류 정전압 충전을 행하고, 전류 밀도가 0.05mA/㎠에 달한 시점에서 충전을 종지시켰다. 그 후, 1.2V까지 정전류 방전을 행하였다. 이때의 전류 밀도는 0.2mA/㎠였다. 이 충방전을 30회 반복하고, 각 충방전에 있어서 얻어진 데이터로부터, 종축을 용량의 변화율(dQ/dV), 횡축을 전압(V)으로 하여 그래프를 그리고, V가 0.4 내지 0.55(V)의 범위에 피크가 얻어지는지를 확인하였다. 그 결과, 30회 이내의 충방전에 있어서 V가 0.4 내지 0.55(V)의 범위에 피크가 얻어지고, 이 피크가 처음으로 발현한 충방전으로부터 30회째의 충방전까지, 모든 충방전에 있어서 이 피크가 얻어졌다. 이하, 이 피크를 dQ/dV 피크라고도 호칭한다.Furthermore, from the negative electrode and counter electrode lithium produced as mentioned above, the 2032 size coin cell type test cell was produced, and the discharge behavior was evaluated. More specifically, first, constant current and constant voltage charging was performed with the counter electrode Li to 0 V, and charging was terminated when the current density reached 0.05 mA/cm 2 . Thereafter, constant current discharge was performed to 1.2 V. The current density at this time was 0.2 mA/cm 2 . This charge/discharge is repeated 30 times, and from the data obtained at each charge/discharge, a graph is drawn with the ordinate as the rate of change of capacity (dQ/dV) and the abscissa as the voltage (V), where V is 0.4 to 0.55 (V). It was confirmed whether a peak was obtained in the range. As a result, a peak is obtained in the range of V of 0.4 to 0.55 (V) in charging and discharging within 30 cycles, and this peak is obtained in all charging and discharging from the first charging/discharging to the 30th charging/discharging. A peak was obtained. Hereinafter, this peak is also called a dQ/dV peak.

또한, 이하와 같이 하여, 규소계 활물질 단독(SiOx 단독)의 첫회 효율을 산출하였다. 먼저, 상기 제작한 부극 활물질 입자(탄소재를 피복한 규소 활물질 입자)와 폴리아크릴산을 85:15의 질량비로 섞고, 이 혼합물을 구리박에 도포하였다. 이 때 도포한 혼합물의 면적 밀도는 약 2mg/㎠였다. 그 후, 90℃에서 1시간 진공 건조한 후에 2032 사이즈의 코인 전지 형태로, 대향 전극 Li를 사용하여, 전압 0V로 전류 밀도 0.2mA/㎠로 정전류 정전압 충전을 개시하였다. 그리고, 전류값이 0.1mA가 된 시점에서 정전류 정전압 충전을 종지시켰다. 계속해서, 정전류 방전하여 전압이 1.2V에 달한 시점에서 방전을 종지시켰다. 방전 시의 전류 밀도는 충전과 동일하게 하였다. 이때, 부극에 Li를 인풋하는 조건을 충전, 부극으로부터 Li를 취출하는 조건을 방전으로 했을 경우, 규소계 활물질 단독(SiOx 단독)의 첫회 효율은 (방전 용량)/(충전 용량)×100(%)이 된다. 이 식을 사용하여 SiOx 단독의 첫회 효율을 산출하였다. 그 결과, SiOx 단독의 첫회 효율은 약 86%였다.In addition, the initial efficiency of the silicon-based active material alone (SiOx alone) was calculated as follows. First, the produced negative electrode active material particles (silicon active material particles coated with carbon material) and polyacrylic acid were mixed in a mass ratio of 85:15, and this mixture was applied to copper foil. At this time, the areal density of the applied mixture was about 2 mg/cm 2 . Thereafter, after vacuum drying at 90° C. for 1 hour, in the form of a 2032-size coin battery, using the counter electrode Li, constant current and constant voltage charging was started at a voltage of 0 V and a current density of 0.2 mA/cm 2 . And the constant current constant voltage charging was stopped when the current value reached 0.1 mA. Then, a constant current discharge was carried out, and the discharge was terminated when the voltage reached 1.2V. The current density at the time of discharging was made the same as that of charging. At this time, when the condition for inputting Li into the negative electrode is charging and the condition for extracting Li from the negative electrode as discharge, the initial efficiency of the silicon-based active material alone (SiOx alone) is (discharge capacity)/(charge capacity) × 100 (%) ) becomes Using this formula, the initial efficiency of SiOx alone was calculated. As a result, the initial efficiency of SiOx alone was about 86%.

(실시예 1-2)(Example 1-2)

Li 도프 시의 Li 삽입량을 실시예 1-1보다도 적게 한 것 이외에, 실시예 1-1과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율, 슬러리 안정성을 평가하였다. 실시예 1-2에서 제작한 부극 활물질은 이하와 같은 성질을 나타내고 있었다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that the amount of Li insertion at the time of Li doping was made smaller than that of Example 1-1, and cycle characteristics, initial efficiency, and slurry stability were evaluated. The negative electrode active material produced in Example 1-2 exhibited the following properties.

규소 화합물 입자는, 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 포함하고 있었다. 여기서 실시예 1-2의 29Si-MAS-NMR 스펙트럼을 도 6에 나타내었다. 피크 강도의 관계는, A=1.49C이고 (식 1) C/3≤A≤3C를 만족시키고 있었다. 또한, A+C는 B+D의 1.55배이고, 또한, D>B였다. 또한, 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 위치에도 피크가 얻어졌다.The silicon compound particles contained crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 . Here, the 29 Si-MAS-NMR spectrum of Example 1-2 is shown in FIG. 6 . The relationship between the peak intensities was A=1.49C, and (Formula 1) C/3≤A≤3C was satisfied. Moreover, A+C was 1.55 times of B+D, and it was D>B. In addition, a peak was also obtained at a position where the chemical shift value was around -130 ppm.

(실시예 1-3, 1-4)(Examples 1-3, 1-4)

열 처리 온도를 변화시켜서 A와 C의 피크 강도를 표 1과 같이 식 1의 관계를 만족시키도록 제어한 것 이외에, 실시예 1-1과 동일하게, 이차 전지의 제조를 행하였다. 실시예 1-3의 열 처리 온도는 500℃, 실시예 1-4의 열 처리 온도는 680℃였다. 열 처리 시간은 실시예 1-3, 실시예 1-4에서 각각 3시간으로 하였다. 또한, 실시예 1-3, 1-4에서는, 피크 강도 A와 피크 강도 C의 적어도 한쪽이 가장 강한 피크인 것을 만족시키고, 실시예 1-3, 1-4의 A와 C의 관계는, 각각 A=3C, A=C/3이었다. 실시예 1-3, 1-4에서는, B>D이고, A와 C의 합은, B와 D의 합의 각각 4.6배, 4.52배였다. 또한, 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 위치에도 피크가 얻어졌다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the heat treatment temperature was changed and the peak intensities of A and C were controlled to satisfy the relationship of Formula 1 as shown in Table 1. The heat treatment temperature of Example 1-3 was 500 degreeC, and the heat treatment temperature of Example 1-4 was 680 degreeC. The heat treatment time was 3 hours in Examples 1-3 and 1-4, respectively. Further, in Examples 1-3 and 1-4, it is satisfied that at least one of the peak intensity A and the peak intensity C is the strongest peak, and the relationship between A and C in Examples 1-3 and 1-4 is, A=3C, A=C/3. In Examples 1-3 and 1-4, B>D, and the sum of A and C was 4.6 times and 4.52 times, respectively, of the sum of B and D. In addition, a peak was also obtained at a position where the chemical shift value was around -130 ppm.

(비교예 1-1)(Comparative Example 1-1)

비교예 1-1에서는 실시예 1-1의 Li 삽입 전의 탄소재 피복 완료의 규소 화합물 입자를 규소계 부극 활물질로서 사용하고, 실시예 1-1과 동일하게 탄소계 활물질과 혼합하여 부극 활물질을 제작하였다. 그리고, 이 부극 활물질을 사용한 것 이외에는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제작하여, 사이클 특성, 첫회 효율, 슬러리 안정성을 평가하였다. 비교예 1-1의 29Si-MAS-NMR 스펙트럼을 도 7에 나타내었다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, SiO2에서 유래되는 피크 강도 D가 가장 강하다. 또한, A와 C의 관계는 판별할 수 없었다. 또한, 비교예 1-1에서, 단체 SiO재로서의 초기 효율을 실시예 1-1과 동일하게 산출하면 약 70%였다.In Comparative Example 1-1, the silicon compound particles coated with the carbon material before Li insertion of Example 1-1 were used as the silicon-based negative electrode active material, and the negative electrode active material was prepared by mixing with the carbon-based active material in the same manner as in Example 1-1. did. Then, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that this negative electrode active material was used, and cycle characteristics, initial efficiency, and slurry stability were evaluated. The 29 Si-MAS-NMR spectrum of Comparative Example 1-1 is shown in FIG. 7 . As can be seen from FIG. 7 , the peak intensity D derived from SiO 2 is the strongest. In addition, the relationship between A and C could not be discriminated. In Comparative Example 1-1, when the initial efficiency as a single SiO material was calculated in the same manner as in Example 1-1, it was about 70%.

(비교예 1-2)(Comparative Example 1-2)

비교예 1-2에서는 Li 삽입 후에 열 처리를 행하지 않은 것 이외, 실시예 1-1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율, 슬러리 안정성을 평가하였다. 비교예 1-2의 29Si-MAS-NMR 스펙트럼을 도 8에 나타내었다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, Si에서 유래되는 피크 강도 B가 가장 강하다. 또한, A와 C의 관계는 판별할 수 없었다.In Comparative Example 1-2, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that no heat treatment was performed after Li insertion, and cycle characteristics, initial efficiency, and slurry stability were evaluated. The 29 Si-MAS-NMR spectrum of Comparative Example 1-2 is shown in FIG. 8 . As can be seen from FIG. 8 , the peak intensity B derived from Si is the strongest. In addition, the relationship between A and C could not be discriminated.

(비교예 1-3)(Comparative Example 1-3)

열 처리 온도를 변화시켜서 A와 C의 피크 강도를 식 1의 관계를 만족시키지 않도록 제어한 것 이외, 실시예 1-1과 동일하게, 이차 전지의 제조를 행하였다. 비교예 1-3의 열 처리 온도는 450℃로 하였다. 또한, 비교예 1-3에서는, 피크 강도 A가 가장 강한 피크이고 A=5.62C였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the heat treatment temperature was changed and the peak intensities of A and C were controlled so as not to satisfy the relationship of Formula 1. The heat treatment temperature of Comparative Example 1-3 was 450°C. Moreover, in Comparative Example 1-3, the peak intensity A was the strongest peak, and A=5.62C.

(비교예 1-4)(Comparative Example 1-4)

열 처리 온도를 변화시켜서 A와 C의 피크 강도를 식 1의 관계를 만족시키지 않도록 제어한 것 이외, 실시예 1-1과 동일하게, 이차 전지의 제조를 행하였다. 비교예 1-4의 열 처리 온도는 720℃로 하였다. 또한, 비교예 1-4에서는, 피크 강도 C가 가장 강한 피크이고 A=0.11C였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the heat treatment temperature was changed to control the peak intensities of A and C so as not to satisfy the relationship of Formula 1. The heat treatment temperature of Comparative Example 1-4 was 720°C. Moreover, in Comparative Example 1-4, the peak intensity C was the strongest peak, and A=0.11C.

실시예 1-1 내지 1-4, 비교예 1-1 내지 1-4의 결과를 표 1에 나타내었다. 이하의 표 중의 기호 「○」는 각 기준을 만족시키는 것을 의미하고, 기호 「×」는 만족시키지 않는 것을 의미한다.Table 1 shows the results of Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Examples 1-1 to 1-4. The symbol "○" in the following table|surface means that each standard is satisfied, and the symbol "x" means that it does not satisfy.

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표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 식 1을 만족시키는 실시예 1-1 내지 1-4는 슬러리 제작 후로부터 가스 발생까지의 시간이 비교예 1-2, 비교예 1-3에 비하여 길고, 슬러리의 안정성이 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 식 1을 만족시키기 위해서, Li2SiO3와 Li2Si2O5의 양의 밸런스가 좋고, 슬러리 안정성이 높은 데다, 사이클 유지율 및 초기 효율도 양호해서, 전지 특성이 향상되는 것을 알 수 있었다.As can be seen from Table 1, in Examples 1-1 to 1-4 satisfying Equation 1, the time from slurry preparation to gas generation is longer than Comparative Examples 1-2 and 1-3, and the slurry was found to have high stability. In addition, in order to satisfy Formula 1, it can be seen that the balance of the amounts of Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 is good, the slurry stability is high, and the cycle maintenance rate and initial efficiency are also good, so that the battery characteristics are improved. there was.

한편, 비교예 1-1은, Li의 삽입을 행하고 있지 않기 때문에, 슬러리 안정성이 높지만, 초기 효율이 매우 낮다. 비교예 1-1에서는, 탄소계 활물질 90질량%와 규소계 활물질 10질량%를 혼합한 부극 활물질을 사용하여 전지 평가를 행하고, 초기 효율을 산출하고 있지만, 이것을 규소계 활물질 단체(SiOx 단체)의 초기 효율로 환산하면, 비교예 1-1에서는 SiOx 단체의 초기 효율은 약 70%가 된다. 예를 들어, 실시예 1-2는 SiOx 단체의 초기 효율은 약 85%이고, 비교예 1-1은 실시예의 SiOx 단체의 초기 효율을 크게 하회해버린다. 또한, 비교예 1-2에서는, 초기 효율, 사이클 특성은 향상되지만, 슬러리 안정성이 낮고, 공업적인 사용에는 부적합하다.On the other hand, in Comparative Example 1-1, since no insertion of Li was performed, the slurry stability was high, but the initial efficiency was very low. In Comparative Example 1-1, battery evaluation was performed using a negative electrode active material in which 90% by mass of carbon-based active material and 10% by mass of silicon-based active material were mixed, and initial efficiency was calculated. In terms of initial efficiency, in Comparative Example 1-1, the initial efficiency of SiOx alone is about 70%. For example, in Example 1-2, the initial efficiency of the SiOx single-piece|unit is about 85 %, and Comparative Example 1-1 will fall far below the initial stage efficiency of the SiOx single-piece|unit of an Example. Moreover, in Comparative Example 1-2, although initial efficiency and cycling characteristics improved, slurry stability was low and it is unsuitable for industrial use.

또한, 비교예 1-3에서는, A=5.62C이고, 식 1을 만족시키는 경우보다도 A가 C에 대하여 크기 때문에, 사이클 특성은 향상했지만, 실시예보다도 내수성이 저하되었다. A와 C의 밸런스가 좋은 실시예 1-1 내지 1-4쪽이, 사이클 특성과 내수성의 밸런스가 좋다.Moreover, in Comparative Example 1-3, A = 5.62C, and since A was larger with respect to C than the case where Formula 1 was satisfy|filled, although cycling characteristics improved, water resistance fell compared with an Example. Examples 1-1 to 1-4, which have a good balance between A and C, have a good balance between cycle characteristics and water resistance.

비교예 1-4에서는, A=0.11C이고, 식 1을 충족시키는 경우보다도 A가 C에 대하여 작기 때문에 내수성은 향상되지만, 실시예보다도 사이클 특성이 저하되었다. A와 C의 밸런스가 좋은 실시예 1-1 내지 1-4쪽이, 사이클 특성과 내수성의 밸런스가 좋다.In Comparative Example 1-4, A = 0.11C, and since A was smaller with respect to C than the case where Formula 1 was satisfy|filled, water resistance improved, but cycling characteristics fell compared with Example. Examples 1-1 to 1-4, which have a good balance between A and C, have a good balance between cycle characteristics and water resistance.

(실시예 2-1 내지 실시예 2-3, 비교예 2-1, 2-2)(Examples 2-1 to 2-3, Comparative Examples 2-1 and 2-2)

규소 화합물의 벌크 내 산소량을 조정한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 동일하게, 이차 전지의 제조를 행하였다. 이 경우, 규소 화합물의 원료 중의 금속 규소와 이산화규소의 비율이나 가열 온도를 변화시킴으로써, 산소량을 조정하였다. 실시예 2-1 내지 실시예 2-3, 비교예 2-1, 2-2에 있어서의, SiOx로 표시되는 규소 화합물의 x의 값을 표 2 중에 나타내었다. 또한, 실시예 2-1 내지 2-3은, A 또는 C가 가장 강한 피크 강도이고, 이들 A, C는 식 1을 만족시키는 것이었다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of oxygen in the bulk of the silicon compound was adjusted. In this case, the oxygen amount was adjusted by changing the ratio and heating temperature of the metallic silicon and silicon dioxide in the raw material of a silicon compound. Table 2 shows the value of x of the silicon compound represented by SiO x in Examples 2-1 to 2-3 and Comparative Examples 2-1 and 2-2. Moreover, in Examples 2-1 to 2-3, A or C was the strongest peak intensity, and these A and C satisfy|filled Formula 1.

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2에 나타낸 바와 같이, SiOx로 표시되는 규소 화합물에 있어서, x의 값이, 0.5≤x≤1.6의 범위 내인 경우, 전지 특성이 보다 향상되었다. 비교예 2-1과 같이, 산소가 충분히 없는 경우(x=0.3), 첫회 효율이 향상되지만, 용량 유지율이 현저하게 악화된다. 또한, 이와 같이 산소가 충분히 없는 경우, SiO2가 적고 Li 실리케이트가 충분히 생성되지 않기 때문에, A, C의 피크는 판별할 수 없었다. 한편, 비교예 2-2에 도시하는 바와 같이, 산소량이 많은 경우(x=1.8)는, 산소량이 너무 많아서 리튬의 흡장 탈리가 일어나기 어렵고, 실질적으로 규소 산화물의 용량이 발현하지 않기 때문에, 평가를 정지하였다.As shown in Table 2, in the silicon compound represented by SiOx, when the value of x was within the range of 0.5≤x≤1.6, the battery characteristics were more improved. As in Comparative Example 2-1, when oxygen is insufficient (x=0.3), the initial efficiency is improved, but the capacity retention rate is remarkably deteriorated. Further, since this way, if oxygen is not enough, less SiO 2 does not generate a sufficient silicate Li, A, C of the peak could not be determined. On the other hand, as shown in Comparative Example 2-2, when the amount of oxygen is large (x = 1.8), the amount of oxygen is too large, so that insertion/desorption of lithium hardly occurs, and the capacity of silicon oxide is not substantially expressed. stopped.

(실시예 3-1, 3-2)(Examples 3-1, 3-2)

열 처리 온도를 변화시켜서 A와 C의 피크 강도를 표 3과 같이 제어한 것 이외, 실시예 1-1과 동일하게, 이차 전지의 제조를 행하였다. 또한, 실시예 3-1, 3-2에서는, 피크 강도 A와 피크 강도 C의 적어도 한쪽이 가장 강한 피크인 것을 만족시키고 있었다. 실시예 3-1, 3-2의 A와 C의 관계는, 각각 A=0.62C, A=2.2C였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the heat treatment temperature was changed and the peak intensities of A and C were controlled as shown in Table 3. In addition, in Examples 3-1 and 3-2, it was satisfied that at least one of the peak intensity A and the peak intensity C was the strongest peak. The relationships between A and C in Examples 3-1 and 3-2 were A=0.62C and A=2.2C, respectively.

(비교예 3-1, 3-2)(Comparative Examples 3-1, 3-2)

열 처리 온도를 변화시켜서 A와 C의 피크 강도를, 식 1을 만족시키지 않도록 제어한 것 이외, 실시예 1-1과 동일하게, 이차 전지의 제조를 행하였다. 또한, 비교예 3-1, 3-2에서는, 피크 강도 A와 피크 강도 C의 적어도 한쪽이 가장 강한 피크이지만, 비교예 3-1, 3-2의 A와 C의 관계는, 각각 A=0.21C, A=5C였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the heat treatment temperature was changed and the peak intensities of A and C were controlled so as not to satisfy the formula (1). In Comparative Examples 3-1 and 3-2, at least one of the peak intensity A and the peak intensity C is the strongest peak, but the relationship between A and C in Comparative Examples 3-1 and 3-2 is A=0.21, respectively. C, A = 5C.

Figure pat00003
Figure pat00003

표 3의 결과와 같이, 식 1을 만족시키는 실시예 1-1, 3-1, 3-2는, Li2SiO3와 Li2Si2O5의 양의 밸런스가 좋고, 슬러리 안정성이 높은 데다, 사이클 유지율 및 초기 효율도 양호해서, 전지 특성이 향상되는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 3, Examples 1-1, 3-1, and 3-2 satisfying Formula 1 have a good balance of the amounts of Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 and high slurry stability. , cycle maintenance rate and initial stage efficiency were also favorable, and it turned out that the battery characteristic improves.

한편으로, 비교예 3-1에서는, A=0.21C이고, 식 1을 만족시키는 경우보다도 A가 C에 대하여 작기 때문에, 내수성은 향상되지만, 실시예 1-1, 3-1, 3-2보다도 사이클 특성이 저하되었다. A와 C의 밸런스가 좋은 실시예 1-1, 3-1, 3-2쪽이, 사이클 특성과 내수성의 밸런스가 좋다.On the other hand, in Comparative Example 3-1, A = 0.21C, and since A is smaller than C than in the case where Expression 1 is satisfied, the water resistance is improved, but compared to Examples 1-1, 3-1, and 3-2 The cycle characteristics were deteriorated. Examples 1-1, 3-1, and 3-2, in which the balance between A and C are good, have a good balance between cycle characteristics and water resistance.

비교예 3-2에서는, A=5C이고, 식 1을 만족시키는 경우보다도 A가 C에 대하여 크기 때문에, 사이클 특성은 향상되었지만, 실시예 1-1, 3-1, 3-2보다도 내수성이 저하되었다. A와 C의 밸런스가 좋은 실시예 1-1, 3-1, 3-2쪽이, 사이클 특성과 내수성의 밸런스가 좋다.In Comparative Example 3-2, A = 5C, and since A was larger for C than in the case where Expression 1 was satisfied, the cycle characteristics were improved, but the water resistance was lower than that of Examples 1-1, 3-1, and 3-2. became Examples 1-1, 3-1, and 3-2, in which the balance between A and C are good, have a good balance between cycle characteristics and water resistance.

(실시예 4-1 내지 4-4)(Examples 4-1 to 4-4)

규소 화합물 입자의 결정성을 표 4와 같이 변화시킨 것 이외, 실시예 1-1과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성 및 첫회 효율을 평가하였다. 또한, 규소 화합물 입자 중의 결정성은, 원료의 기화 온도의 변경, 또는, 규소 화합물 입자의 생성 후의 열 처리로 제어할 수 있다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that the crystallinity of the silicon compound particles was changed as shown in Table 4, and cycle characteristics and initial efficiency were evaluated. The crystallinity in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature of the raw material or heat treatment after the generation of the silicon compound particles.

Figure pat00004
Figure pat00004

규소 화합물 입자의 결정성에 따라서 용량 유지율 및 첫회 효율이 변화하였다. 특히 반값폭이 1.2° 이상이고, 게다가 Si(111)면에 기인하는 결정자 크기가 7.5nm 이하의 저결정성 재료에서 높은 용량 유지율이 얻어졌다.The capacity retention rate and the initial efficiency were changed according to the crystallinity of the silicon compound particles. In particular, a high capacity retention rate was obtained for a low-crystalline material having a half width of 1.2° or more and a crystallite size of 7.5 nm or less due to the Si(111) plane.

(실시예 5-1 내지 5-5)(Examples 5-1 to 5-5)

부극 활물질 입자의 메디안 직경을 표 5와 같이 변화시킨 것 이외, 실시예 1-1과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성 및 첫회 효율을 평가하였다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that the median diameter of the negative electrode active material particles was changed as shown in Table 5, and cycle characteristics and initial efficiency were evaluated.

Figure pat00005
Figure pat00005

부극 활물질 입자의 메디안 직경이 1.0㎛ 이상이면, 사이클 유지율 및 슬러리 안정성이 향상되었다. 이것은, 부극 활물질 입자의 질량당의 표면적이 너무 커지지 않고, 부반응이 일어나는 면적을 작게 할 수 있었기 때문이라고 생각된다. 한편, 메디안 직경이 15㎛ 이하이면, 충전 시에 입자가 깨지기 어렵고, 충방전 시에 신생면에 의한 SEI(고체 전해질 계면)가 생성되기 어렵기 때문에, 가역 Li의 손실을 억제할 수 있다. 또한, 부극 활물질 입자의 메디안 직경이 15㎛ 이하이면, 충전 시의 부극 활물질 입자의 팽창량이 커지지 않기 때문에, 팽창에 의한 부극 활물질층의 물리적, 전기적 파괴를 방지할 수 있다.When the median diameter of the negative electrode active material particles was 1.0 µm or more, cycle retention and slurry stability were improved. This is considered to be because the surface area per mass of the negative electrode active material particles did not become too large and the area in which the side reaction occurred could be made small. On the other hand, if the median diameter is 15 µm or less, the particles are less likely to be broken during charging and SEI (solid electrolyte interface) due to the new surface is less likely to be generated during charging and discharging, so that the loss of reversible Li can be suppressed. In addition, when the median diameter of the negative electrode active material particles is 15 µm or less, the amount of expansion of the negative electrode active material particles during charging does not increase, so that physical and electrical destruction of the negative electrode active material layer due to expansion can be prevented.

(실시예 6-1 내지 6-5)(Examples 6-1 to 6-5)

규소 화합물 입자의 표면에 피복하는 탄소재의 평균 두께를 변경한 것 이외, 실시예 1-1과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성 및 첫회 효율을 평가하였다. 탄소재의 평균 두께는, CVD 조건을 변경함으로써 조정할 수 있다.Except having changed the average thickness of the carbon material coat|covered on the surface of the silicon compound particle, the secondary battery was produced under the same conditions as Example 1-1, and cycling characteristics and the first time efficiency were evaluated. The average thickness of the carbon material can be adjusted by changing the CVD conditions.

Figure pat00006
Figure pat00006

표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄소재의 평균 두께가 5nm 이상에서 도전성이 특히 향상되기 때문에, 용량 유지율 및 초기 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 탄소재의 평균 두께가 5000nm 이하이면, 전지 설계상, 규소 화합물 입자의 양을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 전지 용량이 저하되는 일이 없다.As can be seen from Table 6, since conductivity is particularly improved when the average thickness of the carbon material is 5 nm or more, capacity retention and initial efficiency can be improved. On the other hand, when the average thickness of the carbon material is 5000 nm or less, the amount of the silicon compound particles can be sufficiently secured in terms of battery design, so that the battery capacity does not decrease.

(실시예 7-1)(Example 7-1)

부극의 집전체로서, 탄소 및 황 원소를 포함하지 않는 전해 구리박을 사용한 것 이외, 실시예 1-1과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성 및 첫회 효율을 평가하였다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that an electrolytic copper foil containing no carbon and sulfur elements was used as the current collector of the negative electrode, and cycle characteristics and initial efficiency were evaluated.

Figure pat00007
Figure pat00007

부극의 집전체에 탄소 및 황을 포함하고, 그 함유량이 각각 70질량ppm 이하인 경우, 집전체의 강도가 향상된다. 따라서, 이차 전지의 충방전 시에 있어서의 팽창, 수축이 큰 규소계 부극 활물질을 사용하는 경우, 이에 수반하는 집전체의 변형 및 왜곡을 억제할 수 있고, 실시예 1-1과 같이 사이클 특성이 보다 향상된다.When the current collector of the negative electrode contains carbon and sulfur and the content thereof is 70 mass ppm or less, respectively, the strength of the current collector is improved. Therefore, when a silicon-based negative electrode active material having a large expansion and contraction during charging and discharging of a secondary battery is used, deformation and distortion of the current collector accompanying it can be suppressed, and cycle characteristics are improved as in Example 1-1. more improved

(실시예 8-1)(Example 8-1)

부극 활물질 중의 규소계 활물질 입자의 질량 비율을 변경한 것 이외, 실시예 1-3과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 전지 용량(초기 용량)의 증가율을 평가하였다.A secondary battery was manufactured under the same conditions as in Example 1-3 except that the mass ratio of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material was changed, and the increase rate of the battery capacity (initial capacity) was evaluated.

(비교예 8-1)(Comparative Example 8-1)

부극 활물질 중의 규소계 활물질 입자의 질량 비율을 변경한 것 이외, 비교예 1-1과 동일 조건에서 이차 전지를 제작하고, 전지 용량의 증가율을 평가하였다. 즉, 여기에서 사용한 규소계 활물질 입자는 Li의 삽입 및 그 후의 열 처리 모두 실시되고 있지 않다. 전지 용량의 증가율은 규소계 활물질 입자의 비율이 0질량%(즉 탄소 활물질 100질량%)일 때를 기준으로 하였다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Comparative Example 1-1 except that the mass ratio of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material was changed, and the increase rate of the battery capacity was evaluated. That is, the silicon-based active material particles used herein have not been subjected to either Li intercalation or subsequent heat treatment. The increase rate of battery capacity was based on the case where the ratio of the silicon-based active material particles was 0% by mass (that is, 100% by mass of the carbon active material).

표 8에, 부극 활물질의 총량에 대한 규소계 활물질 입자의 비율과 이차 전지의 전지 용량의 증가율의 관계를 나타내었다.Table 8 shows the relationship between the ratio of the silicon-based active material particles to the total amount of the negative electrode active material and the increase rate of the battery capacity of the secondary battery.

Figure pat00008
Figure pat00008

표 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 규소 화합물의 비율이 10질량% 이상에서 실시예 8-1과 비교예 8-1의 전지 용량의 증가율 차는 커진다. 따라서, 본 발명의 전지 규소 화합물의 비율이 10질량% 이상이면, 전지의 부피당의 에너지 밀도가 특히 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.As Table 8 shows, when the ratio of a silicon compound is 10 mass % or more, the difference in the increase rate of the battery capacity of Example 8-1 and Comparative Example 8-1 becomes large. Therefore, it has been confirmed that the energy density per volume of the battery increases particularly remarkably when the proportion of the battery silicon compound of the present invention is 10% by mass or more.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이며, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The said embodiment is an illustration, and any thing which has substantially the same structure as the technical idea described in the claim of this invention, and exhibits the same effect is included in the technical scope of this invention.

Claims (15)

부극 활물질층을 구비하는 부극으로서,
상기 부극 활물질층은 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 갖고,
상기 부극 활물질 입자는, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고,
상기 규소 화합물 입자는, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 포함함과 함께, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C, 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 상기 피크 강도 A 또는 상기 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 상기 피크 강도 A와 상기 피크 강도 C는 하기 식 1의 관계를 만족시키는 것인 것을 특징으로 하는 부극.
식 1 C/3≤A≤3C
A negative electrode comprising a negative electrode active material layer, comprising:
The negative electrode active material layer has a negative electrode active material containing negative electrode active material particles,
The negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x: 0.5≤x≤1.6),
The silicon compound particles contain at least part of crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 , and are obtained from a 29 Si-MAS-NMR spectrum, and the peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 , Si Among the peak intensity B derived from , the peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 , and the peak intensity D derived from SiO 2 , the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C satisfy the relationship of Formula 1 below.
Equation 1 C/3≤A≤3C
제1항에 있어서, 상기 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 상기 피크 강도 A와 상기 피크 강도 C의 합은, 상기 피크 강도 B와 상기 피크 강도 D의 합에 대하여, 4배 이상의 값을 취하는 것을 특징으로 하는 부극.The method according to claim 1, wherein in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, the sum of the peak intensity A and the peak intensity C is 4 or more times the sum of the peak intensity B and the peak intensity D. A negative electrode characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 상기 피크 강도 B가 상기 피크 강도 D보다도 큰 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 1, wherein in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, the peak intensity B is greater than the peak intensity D. 제1항에 있어서, 상기 29Si-MAS-NMR 스펙트럼에 있어서, 케미컬 쉬프트 값이 -130ppm 부근의 영역에 피크가 나타나는 것인 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 1, wherein in the 29 Si-MAS-NMR spectrum, a peak appears in a region having a chemical shift value of around -130 ppm. 제1항에 있어서, 상기 부극 활물질은, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 1.2° 이상임과 함께, 그 결정면에 대응하는 결정자 크기는 7.5nm 이하인 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the half width (2θ) of the diffraction peak resulting from the Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using Cu-Kα ray is 1.2° or more, and corresponds to the crystal plane A negative electrode, characterized in that the crystallite size is 7.5 nm or less. 제1항에 있어서, 상기 부극 활물질은,
상기 부극 활물질과 탄소계 활물질의 혼합물을 포함하는 부극 전극과 대향 전극 리튬을 포함하는 시험 셀을 제작하고, 해당 시험 셀에 있어서, 상기 부극 활물질에 리튬을 삽입하도록 전류를 흘리는 충전과, 상기 부극 활물질로부터 리튬을 탈리하도록 전류를 흘리는 방전을 포함하는 충방전을 30회 실시하고, 각 충방전에 있어서의 방전 용량 Q를 상기 대향 전극 리튬을 기준으로 하는 상기 부극 전극의 전위 V로 미분한 미분값 dQ/dV와 상기 전위 V의 관계를 나타내는 그래프를 그렸을 경우에, X회째 이후(1≤X≤30)의 방전 시에 있어서의, 상기 부극 전극의 전위 V가 0.40V 내지 0.55V의 범위에 피크를 갖는 것인 것을 특징으로 하는 부극.
According to claim 1, wherein the negative electrode active material,
A negative electrode including a mixture of the negative electrode active material and a carbon-based active material, and a test cell including a counter electrode lithium are prepared, and in the test cell, charging is performed to insert lithium into the negative electrode active material; and the negative electrode active material. A differential value dQ obtained by differentiating the discharge capacity Q in each charge/discharge by the potential V of the negative electrode with respect to the counter electrode lithium as a reference for charging and discharging 30 times including discharging a current to desorb lithium from When a graph showing the relationship between /dV and the potential V is drawn, the potential V of the negative electrode at the time of discharge after X times (1≤X≤30) has a peak in the range of 0.40V to 0.55V A negative electrode characterized in that it has
제1항에 있어서, 상기 부극 활물질 입자의 메디안 직경은 1.0㎛ 이상, 15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material particles have a median diameter of 1.0 µm or more and 15 µm or less. 제1항에 있어서, 상기 부극 활물질 입자는, 표층부에 탄소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material particles contain a carbon material in the surface layer portion. 제8항에 있어서, 상기 탄소재의 평균 두께는 5nm 이상, 5000nm 이하인 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 8, wherein the carbon material has an average thickness of 5 nm or more and 5000 nm or less. 제1항에 있어서, 상기 부극 활물질층이 탄소계 활물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer further comprises a carbon-based active material. 제10항에 있어서, 상기 부극 활물질층의 총량에 대한 상기 부극 활물질의 비가 10질량% 이상인 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 10, wherein the ratio of the negative electrode active material to the total amount of the negative electrode active material layer is 10 mass% or more. 제1항에 있어서, 상기 부극은 부극 집전체를 더 갖고, 상기 부극 활물질층은 부극 집전체에 지지된 것인 것을 특징으로 하는 부극.The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode further has a negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer is supported by the negative electrode current collector. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 부극과, 정극과, 비수 전해질과, 세퍼레이터를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 12, a positive electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator. 부극 활물질층을 구비하는 부극의 제조 방법으로서,
규소 화합물 입자를 함유하는 부극 활물질 입자를,
규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 제작하는 공정과,
상기 규소 화합물 입자에 리튬을 삽입하고, 적어도 일부에 결정질의 Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 함유시키는 공정
에 의해 제작하고,
상기 제작한 부극 활물질 입자로부터, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, Li2SiO3에서 유래되는 피크 강도 A, Si에서 유래되는 피크 강도 B, Li2Si2O5에서 유래되는 피크 강도 C, 및 SiO2에서 유래되는 피크 강도 D 중, 상기 피크 강도 A 또는 상기 피크 강도 C가 가장 강한 강도를 취하고, 상기 피크 강도 A와 상기 피크 강도 C는 하기 식 1의 관계를 만족시키는 것을 선별하는 공정을 포함하고,
해당 선별한 상기 부극 활물질 입자를 사용하여, 부극 활물질을 제조하고,
해당 제조한 부극 활물질을 사용하여, 부극을 제조하는 것을 특징으로 하는 부극의 제조 방법.
식 1 C/3≤A≤3C
A method for manufacturing a negative electrode comprising a negative electrode active material layer, comprising:
Negative electrode active material particles containing silicon compound particles,
A step of producing silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x: 0.5≤x≤1.6);
A step of inserting lithium into the silicon compound particles and containing at least a portion of crystalline Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 .
produced by
A peak intensity A derived from Li 2 SiO 3 obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum from the prepared negative electrode active material particles, a peak intensity B derived from Si, a peak intensity C derived from Li 2 Si 2 O 5 , And among the peak intensities D derived from SiO 2 , the peak intensity A or the peak intensity C takes the strongest intensity, and the peak intensity A and the peak intensity C satisfy the relationship of Formula 1 below. including,
Using the selected negative electrode active material particles to prepare a negative electrode active material,
A manufacturing method of a negative electrode characterized by manufacturing a negative electrode using the manufactured negative electrode active material.
Equation 1 C/3≤A≤3C
제14항에 기재된 부극의 제조 방법에 의해 제조한 부극을 사용하여, 해당 부극과, 정극과, 비수 전해질과, 세퍼레이터를 갖는 비수 전해질 이차 전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.A method for manufacturing a lithium ion secondary battery comprising: using a negative electrode manufactured by the method for manufacturing a negative electrode according to claim 14; .
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